WO2024128014A1 - Metal composite compound powder and method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing a metal complex compound powder and a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
- the positive electrode active material contained in the positive electrode of a lithium secondary battery can be obtained, for example, by mixing a lithium compound and a metal composite compound containing a metal element other than Li and baking the mixture.
- the present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a metal composite compound powder that can be used to produce a positive electrode active material with low charge transfer resistance. It also aims to provide a method for producing a positive electrode active material for lithium secondary batteries using such a metal composite compound powder.
- one aspect of the present invention includes the following aspects.
- MCC satisfies the following formula (A) or formula (B).
- L B /L av The upper limit and lower limit of L B /L av can be combined in any desired manner.
- L B /L av may be 1.4-3.2, 1.6-3.0, 1.6-2.8, or 1.4-2.8.
- the definition of M in the composition formula (I)-1 is the same as in the above composition formula (I).
- Ni 1-x-y Co x M y (OH) 2- ⁇ ... (I)-1 Composition formula (I)-1 satisfies 0 ⁇ x ⁇ 0.5, 0 ⁇ y ⁇ 0.5, 0 ⁇ x+y ⁇ 1, and ⁇ 0.5 ⁇ 2.
- MCC compositions with a relatively large amount of Co are easier to sinter during CAM production, making CAM production easier.
- the MCC of this embodiment satisfies the above formula (A) or (B), making it easy to produce CAM even with a small amount of Co.
- y is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and particularly preferably 0.03 or more. Also, y is preferably 0.40 or less, more preferably 0.30 or less, and even more preferably 0.10 or less.
- the above upper limit and lower limit values of y can be combined in any desired manner.
- the above composition formula (I) or the above composition formula (I)-1 preferably satisfies 0.01 ⁇ y ⁇ 0.40, more preferably satisfies 0.02 ⁇ y ⁇ 0.30, and further preferably satisfies 0.03 ⁇ y ⁇ 0.10.
- x+y is preferably 0.02 or more, and more preferably 0.05 or more. Furthermore, x+y is preferably less than 0.6, more preferably 0.3 or less, even more preferably 0.2 or less, and particularly preferably 0.1 or less.
- composition formula (I) or the composition formula (I)-1 preferably satisfies 0 ⁇ x+y ⁇ 0.6, more preferably satisfies 0.02 ⁇ x+y ⁇ 0.3, even more preferably satisfies 0.05 ⁇ x+y ⁇ 0.2, and particularly preferably satisfies 0.05 ⁇ x+y ⁇ 0.1.
- (z) z is preferably 0.02 or more, more preferably 0.03 or more, and even more preferably 0.05 or more. z is preferably 2.8 or less, more preferably 2.6 or less, and even more preferably 2.4 or less.
- composition formula (I) preferably satisfies 0 ⁇ z ⁇ 2.8, more preferably satisfies 0.02 ⁇ z ⁇ 2.8, further preferably satisfies 0.03 ⁇ z ⁇ 2.6, and particularly preferably satisfies 0.05 ⁇ z ⁇ 2.4.
- the value of ⁇ is preferably ⁇ 0.45 or more, more preferably ⁇ 0.40 or more, and even more preferably ⁇ 0.35 or more.
- the value of ⁇ is preferably 1.8 or less, more preferably 1.6 or less, and even more preferably 1.4 or less.
- the upper and lower limits can be combined in any combination.
- the obtained positive electrode mixture is applied to an Al foil having a thickness of 40 ⁇ m as a current collector, and vacuum dried at 150° C. for 8 hours to obtain a positive electrode for a lithium secondary battery.
- the electrode area of this positive electrode for a lithium secondary battery is 1.65 cm 2 .
- S2/S1 is preferably 3.5 or more, and more preferably 4.0 or more.
- S2/S1 is preferably 11.0 or less, more preferably 10.0 or less, and even more preferably 9.8 or less.
- the above upper and lower limit values can be combined in any manner. Examples of S2/S1 include 3.5-11.0, 4.0-10.0, or 4.0-9.8.
- the distribution of the other elements and the alkaline aqueous solution in the reaction tank can be kept constant. This makes it easier for the nucleation of coprecipitates originating from the other elements contained in the second aqueous solution, the rate of crystal growth, and the orientation of crystal growth to become constant, resulting in an MCC that satisfies the above formula (A) or (B), and preferably satisfies the above formula (C).
- the second aqueous solution may be supplied to the reaction tank from a plurality of supply ports.
- the total amount of the second aqueous solution at each supply port corresponds to the above S1.
- the alkaline aqueous solution may be supplied to the reaction tank from a plurality of supply ports.
- the alkaline aqueous solution is supplied from a plurality of supply ports, the total amount of the alkaline aqueous solution at each supply port corresponds to S2 above.
- the pH value of the slurry in the reaction vessel is preferably controlled within the range of, for example, 10 to 12.5.
- MCC having a BET specific surface area and D50 within the range of this embodiment can be obtained.
- the pH value is defined as the value measured when the temperature of the slurry is 40°C. Therefore, after sampling the slurry from the reaction tank, the slurry is heated or cooled as necessary, and the pH of the slurry is measured when it reaches 40°C.
- a complexing agent in addition to the first aqueous solution, the second aqueous solution, and the alkaline aqueous solution, a complexing agent may be added to the reaction tank.
- the complexing agent used is a compound capable of forming a complex with nickel ions, cobalt ions, and ions of element M in an aqueous solution.
- the complexing agent include ammonium ion donors (ammonium hydroxide, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride, etc.), hydrazine, ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, uracil diacetic acid, and glycine.
- the obtained coprecipitate may be washed appropriately before drying.
- the coprecipitate is preferably washed with water. If impurities from the first aqueous solution or the second aqueous solution remain when the coprecipitate is simply washed with water, the coprecipitate may be washed with a weak acid water or an alkaline solution containing sodium hydroxide or potassium hydroxide, as necessary.
- a manufacturing process for MCC containing Ni, Mn, and Al will be described.
- a slurry preparation process a slurry containing a metal composite hydroxide containing Ni, Mn, and Al is prepared.
- a metal composite hydroxide having a layered structure can be manufactured by a batch co-precipitation method or a continuous co-precipitation method.
- reaction vessel When producing metal composite hydroxides by the continuous coprecipitation method, an example of a reaction vessel that can be used is an overflow type reaction vessel that separates the reaction precipitate that is formed.
- the nickel salt aqueous solution corresponds to the above-mentioned first aqueous solution
- the manganese salt aqueous solution and the aluminum salt aqueous solution correspond to the above-mentioned second aqueous solution.
- the first and second aqueous solutions may also be prepared by mixing the respective aqueous solutions.
- the nickel salt aqueous solution, the manganese salt aqueous solution and the aluminum salt aqueous solution may be mixed to prepare the first aqueous solution, and the aluminum salt aqueous solution may be used as the second aqueous solution.
- nickel salt that is the solute of the nickel salt aqueous solution for example, at least one of nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride, and nickel acetate can be used.
- the aluminum salt that is the solute of the aluminum salt aqueous solution can be, for example, aluminum sulfate or sodium aluminate.
- the above metal salts are used in a ratio corresponding to the composition ratio of the above Ni (1-y) MnzAlw (OH) 2 . That is, the amount of each metal salt is specified so that the molar ratio of Ni, Mn, and Al in the mixed solution containing the above metal salts is (1-y):z:w. Water is used as the solvent.
- a complexing agent may or may not be used.
- the amount of the complexing agent contained in the mixed solution containing the nickel salt aqueous solution, the manganese salt aqueous solution, the aluminum salt aqueous solution, and the complexing agent is, for example, a molar ratio of the amount of the complexing agent to the total number of moles of the metal salts (nickel salt, manganese salt, and aluminum salt) that is greater than 0 and less than or equal to 2.0.
- an alkaline aqueous solution is added in addition to the nickel salt aqueous solution, manganese salt aqueous solution, aluminum salt aqueous solution, and complexing agent.
- the alkaline aqueous solution is, for example, a sodium hydroxide aqueous solution.
- the coprecipitate is separated from the slurry and dried.
- the metal composite oxide can be produced by heat treating the metal composite hydroxide in an oxygen-containing atmosphere.
- the method for producing CAM includes a mixing step of mixing MCC with a lithium compound, and a firing step of firing the resulting mixture at a temperature of 500-1000°C in an oxygen-containing atmosphere.
- the method for producing CAM may also include a cleaning step of cleaning the resulting fired product after the firing step.
- the MCC and the lithium compound are mixed.
- the lithium compound one or more compounds selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium hydroxide, and lithium hydroxide monohydrate can be used.
- the firing temperature is preferably 550-980°C, more preferably 600-960°C.
- the time for which the firing temperature is maintained may be, for example, 0.1 to 20 hours, with 0.5 to 10 hours being preferred.
- the heating rate is calculated from the time from when heating starts in the kiln until the maximum holding temperature is reached, and the temperature difference from the temperature when heating starts in the kiln to the maximum holding temperature.
- a firing furnace such as a static firing furnace or a fluidized bed firing furnace is used.
- a static firing furnace is, for example, a tunnel furnace or a roller hearth kiln.
- a fluidized bed firing furnace is, for example, a rotary kiln.
- the fired product may be washed with a washing liquid such as pure water or an alkaline washing liquid. After washing, the fired product may be appropriately dried.
- a washing liquid such as pure water or an alkaline washing liquid.
- CAM manufacturing method by using the above-mentioned MCC as a raw material, it is possible to suitably manufacture a CAM with low charge transfer resistance.
- An example of a suitable lithium secondary battery for use with CAM has a positive electrode, a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte placed between the positive electrode and the negative electrode.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a lithium secondary battery.
- a cylindrical lithium secondary battery 10 is manufactured as follows.
- the laminate 100 may have an external terminal 113 connected to the positive electrode current collector 112 and an external terminal 123 connected to the negative electrode current collector 122.
- the all-solid-state lithium secondary battery 1000 may have a separator between the positive electrode 110 and the negative electrode 120.
- the all-solid-state lithium secondary battery 1000 is illustrated as having one laminate 100 as an example, but this embodiment is not limited to this.
- the all-solid-state lithium secondary battery 1000 may have a configuration in which the laminate 100 is a unit cell and multiple unit cells (laminated bodies 100) are sealed inside the exterior body 200.
- a method for producing CAM comprising: a mixing step of mixing the MCC according to any one of [21] to [34] with a lithium compound; and a firing step of firing the resulting mixture at a temperature of 500-1000° C. in an oxygen-containing atmosphere.
- Example 1 (Slurry preparation process) First, water was placed in a reaction vessel equipped with a stirrer and an overflow pipe, and then an aqueous sodium hydroxide solution was supplied thereto while maintaining the liquid temperature at 70°C.
- An aluminum sulfate aqueous solution was prepared as the second aqueous solution 1.
- the first aqueous solution 3 and the second aqueous solution 1 were continuously added from different supply ports in such a ratio that the atomic ratio of Ni, Mn, and Al in the reaction tank was 88.0:6.0:6.0, the amount of sodium hydroxide aqueous solution supplied was adjusted to make the ratio S2/S1 4.4, and the pH of the slurry in the reaction tank was 10.85. Except for this, metal composite hydroxide 3 was obtained in the same manner as in Example 1.
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Abstract
Description
本発明は、金属複合化合物粉末及びリチウム二次電池用正極活物質の製造方法に関する。
本願は、2022年12月16日に出願された日本国特願2022-201286号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a method for producing a metal complex compound powder and a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-201286, filed on December 16, 2022, the contents of which are incorporated herein by reference.
リチウム二次電池の正極に含まれる正極活物質は、例えば、リチウム化合物と、Li以外の金属元素を含む金属複合化合物とを混合して焼成することで得られる。 The positive electrode active material contained in the positive electrode of a lithium secondary battery can be obtained, for example, by mixing a lithium compound and a metal composite compound containing a metal element other than Li and baking the mixture.
リチウム二次電池の用途が広がる中、リチウム二次電池の電池性能の向上が求められている。リチウム二次電池の電池性能を向上させる技術として、正極活物質の原料となる金属複合化合物の結晶の状態を制御する試みがなされている。特許文献1では、特定の2つの結晶面について、回折ピークの強度比を規定した金属複合化合物が開示されている。特許文献1の金属複合化合物は、得られるリチウム金属複合酸化物の電池特性が良好であることが示されている。
As the applications of lithium secondary batteries expand, there is a demand for improving the battery performance of lithium secondary batteries. As a technique for improving the battery performance of lithium secondary batteries, attempts have been made to control the crystalline state of the metal complex compound that is the raw material for the positive electrode active material.
リチウム二次電池の応用が進む中、金属複合化合物の更なる改善が求められている。 As the use of lithium secondary batteries advances, further improvements in metal composite compounds are required.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、電荷移動抵抗が低い正極活物質を製造可能な金属複合化合物粉末を提供することを目的とする。また、このような金属複合化合物粉末を用いたリチウム二次電池用正極活物質の製造方法を提供することを併せて目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a metal composite compound powder that can be used to produce a positive electrode active material with low charge transfer resistance. It also aims to provide a method for producing a positive electrode active material for lithium secondary batteries using such a metal composite compound powder.
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、以下の態様を包含する。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention includes the following aspects.
[1]少なくともNi及び元素Mを含み、前記元素Mは、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、下記式(A)を満たす金属複合化合物粉末。
LA/Lav≧1.2 …(A)
(式(A)中、LAは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定における2θ=38.5±1°の範囲内に存在する回折ピークから算出される結晶子径を表す。
Lavは、前記粉末X線回折測定で得られる2θ=10°-90°の範囲の粉末X線回折パターンをRietveld解析して算出される平均結晶子径を表す。)
[2]少なくともNi及び元素Mを含み、前記元素Mは、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、下記式(B)を満たす金属複合化合物粉末。
LB/Lav≦3.2 …(B)
(式(B)中、LBは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定における2θ=33.0±1°の範囲内に存在する回折ピークから算出される結晶子径を表す。
Lavは、前記粉末X線回折測定で得られる2θ=10°-90°の範囲の粉末X線回折パターンをRietveld解析して算出される平均結晶子径を表す。)
[3]下記式(C)を満たす、[1]又は[2]に記載の金属複合化合物粉末。
LC/Lav≧1.2 …(C)
(式(C)中、LCは、前記粉末X線回折測定における2θ=19.1±1°の範囲内に存在する回折ピークから算出される結晶子径を表す。)
[4]下記組成式(I)で表される、[1]から[3]のいずれか1項に記載の金属複合化合物粉末。
Ni(1-x-y)CoxMyOz(OH)2-α…(I)
(組成式(I)は、0≦x≦0.5、0<y≦0.5、0<x+y<1、0≦z≦3、-0.5≦α≦2、及びα-z<2を満たし、Mは、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素である。)
[5]前記組成式(I)は、0≦x≦0.1、及び0<x+y<0.6を満たす、[4]に記載の金属複合化合物粉末。
[6]BET比表面積が10.0m2/gより大きい、[1]から[5]のいずれか1項に記載の金属複合化合物粉末。
[7]50%累積体積粒度であるD50が8μm以上20μm以下である、[1]から[6]のいずれか1項に記載の金属複合化合物粉末。
[8][1]から[7]のいずれか1項に記載の金属複合化合物粉末と、リチウム化合物と、を混合する混合工程と、得られた混合物を酸素含有雰囲気下、500℃以上1000℃以下の温度で焼成する焼成工程と、を有するリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
[1] A metal composite compound powder containing at least Ni and an element M, the element M being one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si, and satisfying the following formula (A):
L A / L av ≧1.2 ... (A)
(In formula (A), L A represents a crystallite diameter calculated from a diffraction peak present within a range of 2θ=38.5±1° in powder X-ray diffraction measurement using CuKα radiation.
L av represents the average crystallite size calculated by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern in the range of 2θ=10°-90° obtained by the powder X-ray diffraction measurement.)
[2] A metal composite compound powder containing at least Ni and an element M, the element M being one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si, and satisfying the following formula (B):
L / L av ≦3.2 ... (B)
(In formula (B), L B represents a crystallite diameter calculated from a diffraction peak present within a range of 2θ=33.0±1° in powder X-ray diffraction measurement using CuKα radiation.
L av represents the average crystallite size calculated by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern in the range of 2θ=10°-90° obtained by the powder X-ray diffraction measurement.)
[3] The metal composite compound powder according to [1] or [2], which satisfies the following formula (C):
L / L ≥ 1.2 ... (C)
(In formula (C), L C represents a crystallite size calculated from a diffraction peak present within the range of 2θ=19.1±1° in the powder X-ray diffraction measurement.)
[4] The metal complex compound powder according to any one of [1] to [3], represented by the following composition formula (I).
Ni (1-x-y) Co x M y O z (OH) 2-α ... (I)
(The composition formula (I) satisfies 0≦x≦0.5, 0<y≦0.5, 0<x+y<1, 0≦z≦3, −0.5≦α≦2, and α-z<2, and M is one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si.)
[5] The metal complex compound powder according to [4], wherein the composition formula (I) satisfies 0≦x≦0.1 and 0<x+y<0.6.
[6] The metal complex compound powder according to any one of [1] to [5], having a BET specific surface area of more than 10.0 m 2 /g.
[7] The metal composite compound powder according to any one of [1] to [6], wherein D50 , which is a 50% cumulative volume particle size, is 8 μm or more and 20 μm or less.
[8] A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising: a mixing step of mixing the metal composite compound powder according to any one of [1] to [7] with a lithium compound; and a firing step of firing the resulting mixture in an oxygen-containing atmosphere at a temperature of 500° C. or higher and 1000° C. or lower.
本発明によれば、電荷移動抵抗が低い正極活物質を製造可能な金属複合化合物粉末を提供することができる。また、このような金属複合化合物粉末を用いたリチウム二次電池用正極活物質の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a metal composite compound powder that can be used to produce a positive electrode active material with low charge transfer resistance. It also provides a method for producing a positive electrode active material for lithium secondary batteries using such a metal composite compound powder.
<用語の定義>
本明細書で用いる用語について、以下のように定義する。
<Definition of terms>
The terms used in this specification are defined as follows.
用語「粉末」は、微細な粒子の集合を意味する。「金属複合化合物粉末」は、粉末状の金属複合化合物を意味する。物質名に「粉末」を付した類似表現についても同様に、粉末状の物質であることを意味する。以降、「金属複合化合物粉末」を「MCC(Metal Composite Compound)」と表記する。 The term "powder" refers to a collection of fine particles. "Metal composite compound powder" refers to a powdered metal composite compound. Similarly, similar expressions that add "powder" to the name of a substance also refer to a powdered substance. Hereafter, "metal composite compound powder" will be abbreviated as "MCC (Metal Composite Compound)."
用語「CAM」は、リチウム二次電池用正極活物質(Cathode Active Material for lithium secondary batteries)を意味する。 The term "CAM" means Cathode Active Material for lithium secondary batteries.
金属の元素記号を示す表現は、特に言及しない限り金属単体ではなく元素を示す。例えば「Ni」は、ニッケル原子を指す。
本明細書における金属元素としては、BやSi等の半金属元素を含む。
Unless otherwise specified, the expression indicating the atomic symbol of a metal indicates the element and not the metal itself, for example, "Ni" indicates a nickel atom.
In this specification, the metal elements include metalloid elements such as B and Si.
数値範囲について、例えば「1-10μm」と記載した場合、1μmから10μmまでの範囲であって下限値(1μm)と上限値(10μm)を含む数値範囲、すなわち「1μm以上10μm以下」を意味する。
リチウム二次電池は、リチウムイオン二次電池を指す。
Regarding a numerical range, for example, "1-10 μm" means a numerical range from 1 μm to 10 μm including the lower limit (1 μm) and the upper limit (10 μm), that is, "1 μm or more and 10 μm or less."
The lithium secondary battery refers to a lithium ion secondary battery.
<金属複合化合物>
本実施形態のMCCは、少なくともNi及び元素Mを含む。元素Mは、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素である。
MCCは、層状構造を有する六方晶系の化合物である。MCCは、金属複合酸化物又は金属複合水酸化物が挙げられる。金属複合水酸化物は、一部酸化した化合物を含んでもよい。MCCは、層状構造を有する六方晶系の化合物であり、且つ金属複合酸化物又は金属複合水酸化物であることが好ましい。
<Metal Complex Compound>
The MCC of this embodiment contains at least Ni and an element M. The element M is one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si.
MCC is a hexagonal compound having a layered structure. The MCC may be a metal composite oxide or a metal composite hydroxide. The metal composite hydroxide may include a partially oxidized compound. The MCC is a hexagonal compound having a layered structure, and is preferably a metal composite oxide or a metal composite hydroxide.
MCCは、Ni及び元素Mに加え、さらにCoを含んでもよい。 MCC may further contain Co in addition to Ni and element M.
また、MCCは、Niと元素M1とを含むことが好ましい。元素M1は、MnとAlとのいずれか一方又は両方の元素である。すなわち、MCCは、元素MとしてMnとAlとのいずれか一方又は両方を含むことが好ましい。
MCCは、Ni及び元素M1に加え、さらにCoを含んでもよい。
Moreover, the MCC preferably contains Ni and an element M1. The element M1 is either or both of Mn and Al. That is, the MCC preferably contains either or both of Mn and Al as the element M.
The MCC may further contain Co in addition to Ni and element M1.
また、MCCは、Ni及び元素M1に加え、さらに元素M2を含んでもよい。元素M2は、Fe、Cu、Ti、Mg、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素である。
MCCは、Niと元素M1と元素M2に加え、さらにCoを含んでもよい。
Furthermore, the MCC may further contain an element M2 in addition to Ni and element M1. The element M2 is one or more elements selected from the group consisting of Fe, Cu, Ti, Mg, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si.
The MCC may further contain Co in addition to Ni, element M1 and element M2.
発明者らの検討により、MCCの結晶の成長が、従来のMCCと比べて特定面の方向に偏っていると、得られるCAMの電荷移動抵抗が低いことが分かった。以下の説明では、「特定面の方向に偏って成長した様子」を「異方性を有する」と称する。 The inventors' research has revealed that when the crystal growth of MCC is biased toward a specific plane compared to conventional MCC, the charge transfer resistance of the resulting CAM is low. In the following explanation, "growth biased toward a specific plane" is referred to as "having anisotropy."
MCCが適切な異方性を有することについて、本明細書では、MCCの平均結晶子径に対する、特定面の回折ピークから算出される結晶子径の比で規定する。本明細書では、MCCを構成する結晶子について、特定面の回折ピークから求めた結晶子径を当該特定面の代表値とし、当該代表値をMCCの平均結晶子径で規格化することにより、MCCの異方性を評価する。 In this specification, the appropriate anisotropy of MCC is defined as the ratio of the crystallite diameter calculated from the diffraction peak of a specific plane to the average crystallite diameter of MCC. In this specification, the crystallite diameter calculated from the diffraction peak of a specific plane for the crystallites constituting MCC is used as a representative value for the specific plane, and the anisotropy of MCC is evaluated by normalizing the representative value with the average crystallite diameter of MCC.
MCCは、下記式(A)又は式(B)を満たす。 MCC satisfies the following formula (A) or formula (B).
LA/Lav≧1.2 …(A)
(式(A)中、LAは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定における2θ=38.5±1°の範囲内に存在する回折ピークから算出される結晶子径を表す。
Lavは、前記粉末X線回折測定で得られる2θ=10°-90°の範囲の粉末X線回折パターンをRietveld解析して算出される平均結晶子径を表す。)
L A / L av ≧1.2 ... (A)
(In formula (A), L A represents a crystallite diameter calculated from a diffraction peak present within a range of 2θ=38.5±1° in powder X-ray diffraction measurement using CuKα radiation.
L av represents the average crystallite size calculated by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern in the range of 2θ=10°-90° obtained by the powder X-ray diffraction measurement.)
LB/Lav≦3.2 …(B)
(式(B)中、LBは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定における2θ=33.0±1°の範囲内に存在する回折ピークから算出される結晶子径を表す。
Lavは、前記粉末X線回折測定で得られる2θ=10°-90°の範囲の粉末X線回折パターンをRietveld解析して算出される平均結晶子径を表す。)
L / L av ≦3.2 ... (B)
(In formula (B), L B represents a crystallite diameter calculated from a diffraction peak present within a range of 2θ=33.0±1° in powder X-ray diffraction measurement using CuKα radiation.
L av represents the average crystallite size calculated by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern in the range of 2θ=10°-90° obtained by the powder X-ray diffraction measurement.)
また、上記式(A)又は式(B)を満たすMCCは、さらに下記式(C)を満たすことが好ましい。
LC/Lav≧1.2 …(C)
(式(C)中、LCは、前記粉末X線回折測定における2θ=19.1±1°の範囲内に存在する回折ピークから算出される結晶子径を表す。)
Moreover, it is preferable that the MCC satisfying the above formula (A) or (B) further satisfies the following formula (C).
L / L ≥ 1.2 ... (C)
(In formula (C), L C represents a crystallite size calculated from a diffraction peak present within the range of 2θ=19.1±1° in the powder X-ray diffraction measurement.)
式(A)~(C)に含まれるLA,LB,LC,Lavは、それぞれ以下の方法で求める。 L A , L B , L C , and Lav included in the formulas (A) to (C) are each determined by the following method.
[LA,LB,LC,及びLavの算出方法]
粉末X線回折測定は、X線回折装置を用いて行う。X線回折装置としては、例えばD8ADVANCE(Bruker Corporation製)を使用できる。
[Calculation method of L A , L B , L C , and Lav ]
The powder X-ray diffraction measurement is carried out using an X-ray diffractometer, such as D8ADVANCE (manufactured by Bruker Corporation).
まず、MCCを専用の基板に充填し、CuKα線源を用いて、回折角2θ=10°~90°、サンプリング幅0.02°の条件にて測定を行い、粉末X線回折スペクトルを得る。得られた粉末X線回折スペクトルを、統合粉末X線解析ソフトウェアを用いて解析し、結晶構造を同定する。 First, MCC is loaded onto a dedicated substrate and measurements are performed using a CuKα source at a diffraction angle 2θ = 10° to 90° with a sampling width of 0.02° to obtain a powder X-ray diffraction spectrum. The obtained powder X-ray diffraction spectrum is analyzed using integrated powder X-ray analysis software to identify the crystal structure.
粉末X線回折スペクトルを粉末X線回折解析ソフトウェア(Bruker Corporation製、DIFFRAC.EVA)を用いて解析し、2θ=38.5±1°の範囲内に存在する回折ピークから結晶子径を算出する。算出される結晶子径をLAとする。2θ=38.5±1°の範囲内に存在する回折ピークは、MCCの(101)面における回折ピークである。 The powder X-ray diffraction spectrum is analyzed using powder X-ray diffraction analysis software (DIFFRAC.EVA, manufactured by Bruker Corporation), and the crystallite size is calculated from the diffraction peaks present within the range of 2θ = 38.5 ± 1 °. The calculated crystallite size is designated as LA . The diffraction peaks present within the range of 2θ = 38.5 ± 1 ° are the diffraction peaks on the (101) plane of MCC.
上記解析により、2θ=33.0±1°の範囲内に存在する回折ピークから結晶子径を算出する。算出される結晶子径をLBとする。2θ=33.0±1°の範囲内に存在する回折ピークは、MCCの(100)面における回折ピークである。 From the above analysis, the crystallite size is calculated from the diffraction peaks present within the range of 2θ = 33.0 ± 1 °. The calculated crystallite size is designated as L B. The diffraction peaks present within the range of 2θ = 33.0 ± 1 ° are the diffraction peaks in the (100) plane of MCC.
上記解析により、2θ=19.1±1°の範囲内に存在する回折ピークから結晶子径を算出する。算出される結晶子径をLCとする。2θ=19.1±1°の範囲内に存在する回折ピークは、MCCの(001)面における回折ピークである。 From the above analysis, the crystallite size is calculated from the diffraction peaks present within the range of 2θ = 19.1 ± 1 °. The calculated crystallite size is designated as L C. The diffraction peaks present within the range of 2θ = 19.1 ± 1 ° are the diffraction peaks of the (001) plane of MCC.
また、得られた粉末X線回折スペクトルにおける粉末X線回折パターンを、Rietveld解析して、平均結晶子径Lavを算出する。Rietveld解析では、六方晶系であるβ-Ni(OH)2の結晶構造モデルをパラメータとして、得られた粉末X線回折パターンを非線形最小二乗法でフィッティングすることで、粉末X線回折パターンを精密化する。精密化された粉末X線回折パターンから、平均結晶子径を算出する。Rietveld解析用の解析ソフトの例として、TOPAS、Rietan、JANA、JADE等が挙げられる。本実施形態では、Rietveld解析を行う解析ソフトとして、TOPAS ver.4.2(Bruker社製)を用いる。 In addition, the powder X-ray diffraction pattern in the obtained powder X-ray diffraction spectrum is subjected to Rietveld analysis to calculate the average crystallite size Lav . In the Rietveld analysis, the obtained powder X-ray diffraction pattern is refined by fitting the powder X-ray diffraction pattern by the nonlinear least squares method using the crystal structure model of β-Ni(OH) 2, which is a hexagonal crystal system, as a parameter. The average crystallite size is calculated from the refined powder X-ray diffraction pattern. Examples of analysis software for Rietveld analysis include TOPAS, Rietan, JANA, JADE, etc. In this embodiment, TOPAS ver. 4.2 (manufactured by Bruker) is used as the analysis software for performing the Rietveld analysis.
LA/Lavは、1.3以上が好ましく、1.4以上がより好ましい。また、LA/Lavは、2.5以下が好ましく、2.3以下がより好ましい。 L A /L av is preferably 1.3 or more, and more preferably 1.4 or more, and is preferably 2.5 or less, and more preferably 2.3 or less.
LA/Lavの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。例えば、LA/Lavは1.2-2.5が好ましく、1.3-2.3がより好ましく、1.4-2.3がさらに好ましい。 The upper limit and lower limit of L A /L av can be combined in any desired manner. For example, L A /L av is preferably 1.2 to 2.5, more preferably 1.3 to 2.3, and even more preferably 1.4 to 2.3.
LB/Lavは、3.0以下が好ましく、2.8以下がより好ましい。また、LB/Lavは、1.4以上が好ましく、1.6以上がより好ましい。 L B /L av is preferably 3.0 or less, and more preferably 2.8 or less, and is preferably 1.4 or more, and more preferably 1.6 or more.
LB/Lavの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。例えば、LB/Lavは1.4-3.2であってもよく、1.6-3.0であってもよく、1.6-2.8であってもよく、1.4-2.8であってもよい。 The upper limit and lower limit of L B /L av can be combined in any desired manner. For example, L B /L av may be 1.4-3.2, 1.6-3.0, 1.6-2.8, or 1.4-2.8.
LC/Lavは、1.3以上が好ましい。また、LC/Lavは、2.5以下が好ましく、2.3以下がより好ましい。 L C /L av is preferably 1.3 or more. Also, L C /L av is preferably 2.5 or less, and more preferably 2.3 or less.
LC/Lavの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。例えば、LC/Lavは1.2-2.5が好ましく、1.2-2.3がより好ましく、1.3-2.3がさらに好ましい。 The upper limit and lower limit of L C /L av can be combined in any desired manner. For example, L C /L av is preferably 1.2 to 2.5, more preferably 1.2 to 2.3, and even more preferably 1.3 to 2.3.
LAは、60Å以上であることが好ましく、100Å以上であることがより好ましい。LAは、300Å以下であることが好ましく、250Å以下であることがより好ましい。 L A is preferably 60 Å or more, and more preferably 100 Å or more. L A is preferably 300 Å or less, and more preferably 250 Å or less.
LAの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。LAは60-300Åが好ましく、100-250Åがより好ましい。 The upper limit and lower limit of L A can be arbitrarily combined. L A is preferably 60 to 300 Å, and more preferably 100 to 250 Å.
LBは、100Å以上であることが好ましく、150Å以上であることがより好ましい。LBは、350Å以下であることが好ましく、300Å以下であることがより好ましい。 L B is preferably 100 Å or more, and more preferably 150 Å or more. L B is preferably 350 Å or less, and more preferably 300 Å or less.
LBの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。LBは100-350Åが好ましく、150-300Åがより好ましい。 The upper limit and lower limit of L B can be arbitrarily combined. L B is preferably 100 to 350 Å, and more preferably 150 to 300 Å.
LCは、100Å以上であることが好ましく、150Å以上であることがより好ましい。LCは、350Å以下であることが好ましく、250Å以下であることがより好ましい。 L C is preferably 100 Å or more, and more preferably 150 Å or more. L C is preferably 350 Å or less, and more preferably 250 Å or less.
LCの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。LCは100-350Åが好ましく、150-300Åがより好ましい。 The upper limit and lower limit of L C can be arbitrarily combined. L C is preferably 100-350 Å, and more preferably 150-300 Å.
Lavは、50Å以上であることが好ましく、70Å以上であることがより好ましい。Lavは、300Å以下であることが好ましく、200Å以下であることがより好ましい。 Lav is preferably 50 Å or more, and more preferably 70 Å or more. Lav is preferably 300 Å or less, and more preferably 200 Å or less.
Lavの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。Lavは50-300Åが好ましく、70-200Åがより好ましい。 The upper limit and lower limit of Lav can be arbitrarily combined. Lav is preferably 50-300 Å, and more preferably 70-200 Å.
上記式(A)を満たすMCCは、六方晶系の結晶構造中の(101)面の方向が異方的に成長していることを示す。言い換えると、LA/Lavは、MCCを原料とする層状構造のCAMにおいて、層方向の結晶性を表す数値と考えることができる。そのため、上記式(A)を満たすMCCは、得られるCAMの層状構造の積層方向と交差する方向の面、すなわちLiが挿入可能な面の割合が多いと考えられる。その結果、リチウム二次電池の電荷移動抵抗が低いものとなる。 MCC satisfying the above formula (A) indicates that the (101) plane direction in the hexagonal crystal structure grows anisotropically. In other words, L A /L av can be considered as a numerical value representing the crystallinity in the layer direction in the CAM of layered structure made from MCC. Therefore, MCC satisfying the above formula (A) is considered to have a high proportion of faces in the direction intersecting the lamination direction of the layered structure of the obtained CAM, that is, faces into which Li can be inserted. As a result, the charge transfer resistance of the lithium secondary battery is low.
上記式(B)を満たすMCCは、六方晶系の結晶構造中の(100)面の方向には異方的にあまり成長していないことを示す。上記式(B)を満たすMCCは、得られるCAMの層内にLiが入った時に内部拡散がしやすいと考えられる。また、上記式(B)を満たすMCCより得られるCAMの結晶は、同体積でLB/Lavが3.2を超えるMCCより得られるCAMと比べて、層状構造の積層方向と交差する方向に扁平しにくく、上述のLiが挿入可能な面の割合が小さくなりにくいと考えられる。その結果、リチウム二次電池の電荷移動抵抗が低いものとなる。 MCC satisfying the above formula (B) shows that it does not grow anisotropically in the direction of the (100) plane in the hexagonal crystal structure. It is considered that MCC satisfying the above formula (B) is easy to diffuse internally when Li enters the layer of the obtained CAM. In addition, it is considered that the crystal of CAM obtained from MCC satisfying the above formula (B) is less likely to flatten in the direction intersecting the stacking direction of the layered structure and the ratio of the face into which Li can be inserted is less likely to become small compared with CAM obtained from MCC having the same volume and L B /L av exceeding 3.2. As a result, the charge transfer resistance of the lithium secondary battery is low.
上記式(C)を満たすMCCは、六方晶系の結晶構造中の(001)面の方向が異方的に成長していることを示す。上記式(A)又は上記式(B)を満たし、さらに上記式(C)を満たすMCCは、得られるリチウム二次電池の電荷移動抵抗がより低くなりやすい。 MCC that satisfies the above formula (C) indicates that the (001) plane in the hexagonal crystal structure has grown anisotropically. MCC that satisfies the above formula (A) or (B) and also satisfies the above formula (C) tends to result in a lower charge transfer resistance in the resulting lithium secondary battery.
上記式(A)と上記式(C)を満たすMCCについて、LA/LavとLC/Lavは以下の組み合わせであってもよい。
・LA/Lavが1.2-2.5、且つLC/Lavが1.2-2.3
・LA/Lavが1.2-2.5、且つLC/Lavが1.3-2.3
For an MCC that satisfies the above formula (A) and formula (C), L A /L av and L C /L av may be the following combinations.
L A /L av is 1.2-2.5 and L C /L av is 1.2-2.3
L A /L av is 1.2-2.5 and L C /L av is 1.3-2.3
上記式(B)と上記式(C)を満たすMCCについて、LB/LavとLC/Lavは以下の組み合わせであってもよい。
・LB/Lavが1.4-3.2、且つLC/Lavが1.2-2.3
・LB/Lavが1.6-3.0、且つLC/Lavが1.2-2.3
・LAB/Lavが1.6-3.0、且つLC/Lavが1.3-2.3
For an MCC that satisfies the above formula (B) and formula (C), L B /L av and L C /L av may be the following combinations.
L B /L av is 1.4-3.2 and L C /L av is 1.2-2.3
L B /L av is 1.6-3.0 and L C /L av is 1.2-2.3
L AB /L av is 1.6-3.0 and L C /L av is 1.3-2.3
[BET比表面積]
MCCのBET比表面積は、10.0m2/gより大きいことが好ましく、12.0m2/g以上がより好ましく、14.0m2/g以上がさらに好ましい。MCCのBET比表面積は、50.0m2/g以下が好ましく、40.0m2/g以下がより好ましく、30.0m2/g以下がさらに好ましい。
[BET specific surface area]
The BET specific surface area of MCC is preferably greater than 10.0 m 2 /g, more preferably 12.0 m 2 /g or more, and even more preferably 14.0 m 2 /g or more. The BET specific surface area of MCC is preferably 50.0 m 2 /g or less, more preferably 40.0 m 2 /g or less, and even more preferably 30.0 m 2 /g or less.
BET比表面積の上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。BET比表面積は、10.0m2/gを超え50.0m2/g以下が好ましく、12.0-40.0m2/gがより好ましく、14.0-30.0m2/gがさらに好ましい。 The upper limit and lower limit of the BET specific surface area can be arbitrarily combined. The BET specific surface area is preferably more than 10.0 m 2 /g and not more than 50.0 m 2 /g, more preferably 12.0 to 40.0 m 2 /g, and even more preferably 14.0 to 30.0 m 2 /g.
MCCのBET比表面積が上記の下限値以上であると、MCCを用いて得られるCAMを正極に用いたリチウム二次電池において、反応に関与する表面積が大きくなり、電荷移動抵抗が低くなりやすい。また、MCCのBET比表面積が上記の上限値以下であると、MCCを用いて得られるCAMを正極に用いたリチウム二次電池において、CAMと電解液との接触面積の過剰な増大が抑制され、電解液の分解に起因する抵抗層が形成されにくく、電荷移動抵抗が低くなりやすい。 If the BET specific surface area of MCC is equal to or greater than the lower limit above, in a lithium secondary battery using CAM obtained using MCC in the positive electrode, the surface area involved in the reaction is large, and charge transfer resistance is likely to be low. Also, if the BET specific surface area of MCC is equal to or less than the upper limit above, in a lithium secondary battery using CAM obtained using MCC in the positive electrode, excessive increase in the contact area between CAM and electrolyte is suppressed, a resistance layer caused by decomposition of the electrolyte is unlikely to form, and charge transfer resistance is likely to be low.
[BET比表面積の測定方法]
MCCのBET比表面積(単位:m2/g)は、1gのMCCを窒素雰囲気中、105℃で30分間乾燥させた後、BET比表面積測定装置により測定できる。BET比表面積測定装置としては、例えばマウンテック社製Macsorb(登録商標)が使用できる。
[Method for measuring BET specific surface area]
The BET specific surface area (unit: m2 /g) of MCC can be measured by a BET specific surface area measuring device after drying 1 g of MCC in a nitrogen atmosphere at 105°C for 30 minutes. As the BET specific surface area measuring device, for example, Macsorb (registered trademark) manufactured by Mountech Co., Ltd. can be used.
[50%累積体積粒度(D50)]
MCCのD50は、8μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、13μmを超えることがさらに好ましい。MCCのD50は、20μm以下であることが好ましく、18μm以下であることがより好ましい。
MCCのD50が上記の範囲であると、MCCとリチウム化合物の反応が均一に進行しやすくなり、MCCを用いて得られるCAMの結晶性にばらつきが生じにくい。これにより、リチウム二次電池の作動時に、CAM中の反応が均一に進行し、電荷移動抵抗が低くなりやすい。
[50% cumulative volume particle size ( D50 )]
The D50 of the MCC is preferably 8 μm or more, more preferably 10 μm or more, and even more preferably more than 13 μm. The D50 of the MCC is preferably 20 μm or less, and more preferably 18 μm or less.
When the D50 of MCC is within the above range, the reaction between MCC and the lithium compound is likely to proceed uniformly, and the crystallinity of the CAM obtained by using MCC is unlikely to vary. As a result, the reaction in the CAM proceeds uniformly during operation of the lithium secondary battery, and the charge transfer resistance is likely to be low.
D50の上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。D50は、8-20μmが好ましく、10μm-20μmがより好ましく、13μmを超え18μm以下がさらに好ましい。 The upper limit and lower limit of D50 can be combined in any desired manner. D50 is preferably 8 to 20 μm, more preferably 10 μm to 20 μm, and even more preferably more than 13 μm to 18 μm or less.
[D50の測定方法]
MCCの累積粒度分布は、体積基準で求められ、レーザー回折散乱法を測定原理とする測定装置を用いて測定する。測定装置は、例えばMT3000II(マイクロトラック・ベル社製)を使用できる。
[Method of measuring D50 ]
The cumulative particle size distribution of MCC is determined on a volume basis and is measured using a measuring device that uses a laser diffraction scattering method as its measurement principle. For example, the measuring device may be MT3000II (manufactured by Microtrack Bell).
得られた体積基準の累積粒度分布曲線において、全体を100%としたときに、小粒子側からの累積体積割合が50%となる粒子径をD50(μm)とする。 In the obtained cumulative particle size distribution curve based on volume, the particle size at which the cumulative volume ratio from the small particle side is 50% when the whole is taken as 100% is defined as D 50 (μm).
[組成式]
MCCは、下記組成式(I)で表されることが好ましい。
Ni(1-x-y)CoxMyOz(OH)2-α ・・・(I)
(組成式(I)中、0≦x≦0.5、0<y≦0.5、0<x+y<1、0≦z≦3、-0.5≦α≦2、及びα-z<2を満たし、Mは、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素である。)
[Composition formula]
The MCC is preferably represented by the following composition formula (I).
Ni (1-x-y) CoxMyOz ( OH ) 2-α ... ( I)
(In the composition formula (I), 0≦x≦0.5, 0<y≦0.5, 0<x+y<1, 0≦z≦3, −0.5≦α≦2, and α-z<2 are satisfied, and M is one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si.)
また、組成式(I)で表されるMCCは、z=0であり、下記組成式(I)-1で表される金属複合水酸化物の粉末であってもよい。組成式(I)-1中のMの定義は、上記組成式(I)と同じである。
Ni1-x-yCoxMy(OH)2-α ・・・(I)-1
(組成式(I)-1は、0≦x≦0.5、0<y≦0.5、0<x+y<1、及び-0.5≦α<2を満たす。)
Furthermore, the MCC represented by the composition formula (I) may be a powder of a metal composite hydroxide represented by the following composition formula (I)-1, where z = 0. The definition of M in the composition formula (I)-1 is the same as in the above composition formula (I).
Ni 1-x-y Co x M y (OH) 2-α ... (I)-1
(Composition formula (I)-1 satisfies 0≦x≦0.5, 0<y≦0.5, 0<x+y<1, and −0.5≦α<2.)
(x)
xは、0≦x≦0.1を満たすことが好ましく、0≦x≦0.05を満たすことがより好ましく、0≦x<0.05を満たすことがさらに好ましい。すなわち、MCC中のCoの量は、Ni,Co,及び元素Mの合計量に対して10mol%以下が好ましく、5mol%以下がより好ましく、5mol%未満が更に好ましい。MCCはCoを含まなくてもよい(x=0)。
(x)
x preferably satisfies 0≦x≦0.1, more preferably satisfies 0≦x≦0.05, and even more preferably satisfies 0≦x<0.05. That is, the amount of Co in MCC is preferably 10 mol% or less, more preferably 5 mol% or less, and even more preferably less than 5 mol% based on the total amount of Ni, Co, and element M. MCC does not need to contain Co (x=0).
一般に、MCCは、相対的にCoの量が多い組成のほうがCAM製造時に焼成しやすく、CAMの製造が容易であることが知られている。対して、本実施形態のMCCにおいては、上記式(A)又は上記式(B)を満たすことにより、Coの量が少なくてもCAMの製造が容易であることが確認できた。 In general, it is known that MCC compositions with a relatively large amount of Co are easier to sinter during CAM production, making CAM production easier. In contrast, it has been confirmed that the MCC of this embodiment satisfies the above formula (A) or (B), making it easy to produce CAM even with a small amount of Co.
xが、0≦x≦0.1を満たす場合、組成式(I)は、電荷移動抵抗を低くする観点から、0<x+y<0.6を満たすことが好ましい。 When x satisfies 0≦x≦0.1, it is preferable that composition formula (I) satisfies 0<x+y<0.6 from the viewpoint of reducing the charge transfer resistance.
(y)
yは、電荷移動抵抗を低くする観点から、0.01以上が好ましく、0.02以上がより好ましく、0.03以上が特に好ましい。またyは、0.40以下が好ましく、0.30以下がより好ましく、0.10以下がさらに好ましい。
(y)
From the viewpoint of reducing the charge transfer resistance, y is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and particularly preferably 0.03 or more. Also, y is preferably 0.40 or less, more preferably 0.30 or less, and even more preferably 0.10 or less.
yの上記上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。
上記組成式(I)又は上記組成式(I)-1は、0.01≦y≦0.40を満たすことが好ましく、0.02≦y≦0.30を満たすことがより好ましく、0.03≦y≦0.10を満たすことがさらに好ましい。
The above upper limit and lower limit values of y can be combined in any desired manner.
The above composition formula (I) or the above composition formula (I)-1 preferably satisfies 0.01≦y≦0.40, more preferably satisfies 0.02≦y≦0.30, and further preferably satisfies 0.03≦y≦0.10.
x+yは、電荷移動抵抗を低くする観点から、0.02以上が好ましく、0.05以上がより好ましい。またx+yは、0.6未満が好ましく、0.3以下がより好ましく、0.2以下がさらに好ましく、0.1以下が特に好ましい。 From the viewpoint of reducing the charge transfer resistance, x+y is preferably 0.02 or more, and more preferably 0.05 or more. Furthermore, x+y is preferably less than 0.6, more preferably 0.3 or less, even more preferably 0.2 or less, and particularly preferably 0.1 or less.
x+yの上記上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。上記組成式(I)又は上記組成式(I)-1は、0<x+y<0.6を満たすことが好ましく、0.02≦x+y≦0.3を満たすことがより好ましく、0.05≦x+y≦0.2を満たすことがさらに好ましく、0.05≦x+y≦0.1を満たすことが特に好ましい。 The upper and lower limits of x+y can be combined in any combination. The composition formula (I) or the composition formula (I)-1 preferably satisfies 0<x+y<0.6, more preferably satisfies 0.02≦x+y≦0.3, even more preferably satisfies 0.05≦x+y≦0.2, and particularly preferably satisfies 0.05≦x+y≦0.1.
(z)
zは、0.02以上が好ましく、0.03以上がより好ましく、0.05以上がさらに好ましい。zは、2.8以下が好ましく、2.6以下がより好ましく、2.4以下がさらに好ましい。
(z)
z is preferably 0.02 or more, more preferably 0.03 or more, and even more preferably 0.05 or more. z is preferably 2.8 or less, more preferably 2.6 or less, and even more preferably 2.4 or less.
上記上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。
上記組成式(I)は、0≦z≦2.8を満たすことが好ましく、0.02≦z≦2.8を満たすことがより好ましく、0.03≦z≦2.6を満たすことがさらに好ましく、0.05≦z≦2.4を満たすことが特に好ましい。
The above upper and lower limits can be combined in any desired manner.
The above composition formula (I) preferably satisfies 0≦z≦2.8, more preferably satisfies 0.02≦z≦2.8, further preferably satisfies 0.03≦z≦2.6, and particularly preferably satisfies 0.05≦z≦2.4.
(α)
αは、-0.45以上が好ましく、-0.40以上がより好ましく、-0.35以上がさらに好ましい。αは、1.8以下が好ましく、1.6以下がより好ましく、1.4以下がさらに好ましい。上記上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。
(α)
The value of α is preferably −0.45 or more, more preferably −0.40 or more, and even more preferably −0.35 or more. The value of α is preferably 1.8 or less, more preferably 1.6 or less, and even more preferably 1.4 or less. The upper and lower limits can be combined in any combination.
上記組成式(I)又は上記組成式(I)-1は、-0.45≦α≦1.8を満たすことが好ましく、-0.40≦α≦1.6を満たすことがより好ましく、-0.35≦α≦1.4を満たすことがさらに好ましい。 The above composition formula (I) or the above composition formula (I)-1 preferably satisfies -0.45≦α≦1.8, more preferably satisfies -0.40≦α≦1.6, and even more preferably satisfies -0.35≦α≦1.4.
本実施形態において、上記組成式(I)又は上記組成式(I)-1は、0≦x≦0.1、0.01≦y≦0.40、0<x+y<0.6、0≦z≦2.8、及び-0.45≦α≦1.8を満たすことが好ましい。 In this embodiment, it is preferable that the composition formula (I) or the composition formula (I)-1 satisfies 0≦x≦0.1, 0.01≦y≦0.40, 0<x+y<0.6, 0≦z≦2.8, and -0.45≦α≦1.8.
電荷移動抵抗を低くする観点から、Mは、Mn、Ti、Al、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素が好ましく、Mn、Ti、Al、Zr、Nb、W及びBからなる群より選ばれる1種以上の元素がより好ましい。 From the viewpoint of reducing the charge transfer resistance, M is preferably one or more elements selected from the group consisting of Mn, Ti, Al, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si, and more preferably one or more elements selected from the group consisting of Mn, Ti, Al, Zr, Nb, W, and B.
[組成分析]
MCCの組成は、MCCを塩酸に溶解させた後、ICP発光分光分析装置を用いて測定する。ICP発光分光分析装置としては、例えばOptima7300(株式会社パーキンエルマー製)を使用できる。
[Composition Analysis]
The composition of MCC is measured by dissolving MCC in hydrochloric acid and then using an ICP emission spectrometer such as Optima 7300 (manufactured by PerkinElmer Co., Ltd.).
MCCは、MCCを原料として用いたCAMを製造した後、リチウム二次電池の電荷移動抵抗を測定して評価する。本実施形態のMCCを原料として用いたCAMは、充電時のリチウムイオンの挿入、放電時のリチウムイオンの脱離が容易となる。そのため、このようなCAMを用いたリチウム二次電池は、電荷移動抵抗が小さく充放電が容易となり、レート特性に優れる。 MCC is evaluated by manufacturing a CAM using MCC as a raw material and then measuring the charge transfer resistance of the lithium secondary battery. The CAM using the MCC of this embodiment as a raw material facilitates the insertion of lithium ions during charging and the desorption of lithium ions during discharging. Therefore, a lithium secondary battery using such a CAM has a small charge transfer resistance, is easy to charge and discharge, and has excellent rate characteristics.
[MCCの評価方法]
MCCの評価は、以下の方法でリチウム二次電池を作製した後に行う。
[Method of evaluating MCC]
The MCC is evaluated after a lithium secondary battery is produced by the following method.
[1.リチウム二次電池の作製]
(CAMの作製)
MCCと水酸化リチウム一水和物粉末を、MCCに含まれる金属元素の合計量に対する水酸化リチウム一水和物粉末に含まれるLiのモル比が、Li/(Ni+Co+M)=1.05となる割合で秤量して混合し、混合物を得る。得られた混合物を酸素雰囲気下、650℃で5時間焼成し、次いで、酸素雰囲気下、750℃で5時間焼成し、焼成物を得る。焼成物と、5℃の純水とを混合して50質量%のスラリーを調製し、得られたスラリーを20分間撹拌させる。その後、窒素雰囲気下、210℃で10時間乾燥することで、CAMを得る。
[1. Preparation of lithium secondary battery]
(CAM Creation)
MCC and lithium hydroxide monohydrate powder are weighed and mixed in such a ratio that the molar ratio of Li contained in the lithium hydroxide monohydrate powder to the total amount of metal elements contained in MCC is Li/(Ni+Co+M)=1.05 to obtain a mixture. The obtained mixture is fired at 650°C for 5 hours in an oxygen atmosphere, and then fired at 750°C for 5 hours in an oxygen atmosphere to obtain a fired product. The fired product is mixed with pure water at 5°C to prepare a 50% by mass slurry, and the obtained slurry is stirred for 20 minutes. Then, the mixture is dried at 210°C for 10 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a CAM.
(リチウム二次電池用正極の作製)
得られたCAMと、導電材(アセチレンブラック)とバインダー(PVdF)とを、CAM:導電材:バインダー=92:5:3(質量比)の組成となる割合で加えて混練し、ペースト状の正極合剤を調製する。正極合剤の調製時には、N-メチル-2-ピロリドンを有機溶媒として用いる。
(Preparation of positive electrode for lithium secondary battery)
The obtained CAM, a conductive material (acetylene black), and a binder (PVdF) are added and kneaded in a ratio of CAM:conductive material:binder=92:5:3 (mass ratio) to prepare a paste-like positive electrode mixture. When preparing the positive electrode mixture, N-methyl-2-pyrrolidone is used as an organic solvent.
得られた正極合剤を、集電体となる厚さ40μmのAl箔に塗布して150℃で8時間真空乾燥を行い、リチウム二次電池用正極を得る。このリチウム二次電池用正極の電極面積を1.65cm2とする。 The obtained positive electrode mixture is applied to an Al foil having a thickness of 40 μm as a current collector, and vacuum dried at 150° C. for 8 hours to obtain a positive electrode for a lithium secondary battery. The electrode area of this positive electrode for a lithium secondary battery is 1.65 cm 2 .
(リチウム二次電池の作製)
以下の操作を、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で行う。
[リチウム二次電池用正極の作製]で作製されるリチウム二次電池用正極を、コイン型電池R2032用のパーツ(例えば、宝泉株式会社製)の下蓋にアルミ箔面を下に向けて置き、その上にセパレータ(ポリエチレン製多孔質フィルム)を置く。ここに電解液を300μL注入する。電解液は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを30:35:35(体積比)で含む混合液に、LiPF6を1.0mol/Lとなる割合で溶解したものを用いる。
(Preparation of Lithium Secondary Battery)
The following operations are carried out in a glove box under an argon atmosphere.
The positive electrode for lithium secondary battery prepared in [Preparation of positive electrode for lithium secondary battery] is placed on the bottom cover of a part for coin type battery R2032 (for example, manufactured by Hosen Co., Ltd.) with the aluminum foil side facing down, and a separator (polyethylene porous film) is placed on top of it. 300 μL of electrolyte is poured here. The electrolyte is a mixture of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 30:35:35, with LiPF 6 dissolved in a ratio of 1.0 mol/L.
次に、負極として金属リチウムを用いて、前記負極を前記セパレータの上側に置き、ガスケットを介して上蓋をし、かしめ機でかしめてリチウム二次電池(コイン型(R2032)のハーフセル)を作製する。 Next, metallic lithium is used as the negative electrode, and the negative electrode is placed on top of the separator, with a lid placed over the gasket and crimped with a crimping machine to create a lithium secondary battery (coin-type (R2032) half cell).
[2.電荷移動抵抗の測定方法]
上記の方法で作製したリチウム二次電池は、室温で12時間静置し、セパレータ及び正極合剤層に対し充分に電解液を含浸させる。そのリチウム二次電池を用いて電池の電気化学インピーダンス(EIS)測定を行い、得られた結果から、CAMの電荷移動抵抗を算出する。
2. Method for measuring charge transfer resistance
The lithium secondary battery prepared by the above method is left to stand at room temperature for 12 hours to allow the separator and the positive electrode mixture layer to be sufficiently impregnated with the electrolyte. The lithium secondary battery is used to perform electrochemical impedance (EIS) measurement of the battery, and the charge transfer resistance of the CAM is calculated from the obtained results.
まず、リチウム二次電池について、試験温度25℃において、充電及び放電ともに電流設定値0.1CAとし、それぞれ定電流定電圧充電と定電流放電を行う。充電最大電圧は4.3V、放電最小電圧は2.5Vとする。次いで、放電が終了したリチウム二次電池を電流設定値0.1CAとし、充電最大電圧まで再度定電流定電圧充電を行い、充電後の電圧をSOC100%とする。 First, the lithium secondary battery is charged and discharged at a constant current and constant voltage at a test temperature of 25°C with a current setting of 0.1 CA for both charging and discharging. The maximum charging voltage is 4.3 V and the minimum discharging voltage is 2.5 V. Next, the lithium secondary battery that has completed discharging is charged again at a constant current and constant voltage with a current setting of 0.1 CA up to the maximum charging voltage, and the voltage after charging is set to 100% SOC.
EIS測定は、試験温度25℃においてSOC100%で実施する。印加電圧0V、振幅電圧10mVの条件で、応答周波数が0.01Hz~106Hzまで測定し、得られた測定データから作成したCole-Coleプロットにおいて、応答周波数が数100Hz~数10-1Hzに現れる円弧の大きさからCAMの電荷移動抵抗(Ω)を求める。CAMの電荷移動抵抗は、Solartron社製解析ソフトウェアZView2のInstant Fit機能を使用して求める。 EIS measurements are performed at a test temperature of 25° C. and an SOC of 100%. Under conditions of an applied voltage of 0 V and an amplitude voltage of 10 mV, measurements are performed from a response frequency of 0.01 Hz to 10 6 Hz, and the charge transfer resistance (Ω) of the CAM is determined from the size of the arc that appears at a response frequency of several hundred Hz to several 10 −1 Hz in a Cole-Cole plot created from the obtained measurement data. The charge transfer resistance of the CAM is determined using the Instant Fit function of the analysis software ZView2 manufactured by Solartron.
<MCCの製造方法>
MCCの製造方法は、スラリー調製工程と、分離工程とをこの順で備える。
<Method of producing MCC>
The method for producing MCC includes a slurry preparation step and a separation step in this order.
スラリー調製工程は、Niを含む第1の原料元素含有水溶液と、少なくとも元素Mを含む第2の原料元素含有水溶液と、アルカリ性水溶液と、を反応槽に供給し、反応沈殿物を含むスラリーを得る工程である。第2の原料元素含有水溶液は、Coを含んでいてもよい。 The slurry preparation process is a process in which a first aqueous solution containing a raw material element including Ni, a second aqueous solution containing at least the element M, and an alkaline aqueous solution are supplied to a reaction tank to obtain a slurry containing a reaction precipitate. The second aqueous solution containing a raw material element may contain Co.
分離工程は、上記スラリーを脱水して反応沈殿物を分離し、得られた反応沈殿物を乾燥させる工程である。 The separation process involves dehydrating the slurry to separate the reaction precipitate, and then drying the resulting reaction precipitate.
以下の説明においては、第1の原料元素含有水溶液を「第1水溶液」、第2の原料元素含有水溶液を「第2水溶液」と略称する。また、「Co」及び「元素M」をまとめて、Niと異なるという意味において「他の元素」と称することがある。 In the following description, the aqueous solution containing the first raw material element is abbreviated as the "first aqueous solution" and the aqueous solution containing the second raw material element is abbreviated as the "second aqueous solution." In addition, "Co" and "element M" may be collectively referred to as "other elements" in the sense that they are different from Ni.
第1水溶液は、第1水溶液中に含まれる金属元素の総量に対するNiの含有量が70質量%以上の水溶液である。
第2水溶液は、第2水溶液中に含まれる金属元素の総量に対する他の元素の含有量が70質量%以上の水溶液である。
第1水溶液と第2水溶液は、上記含有量を満たしていれば、同じ元素を含んでいてもよく、異なる元素を含んでいてもよい。
The first aqueous solution is an aqueous solution in which the Ni content relative to the total amount of metal elements contained in the first aqueous solution is 70 mass % or more.
The second aqueous solution is an aqueous solution in which the content of the other elements relative to the total amount of the metal elements contained in the second aqueous solution is 70 mass % or more.
The first aqueous solution and the second aqueous solution may contain the same element or different elements, so long as the above content is satisfied.
[スラリー調製工程]
スラリー調製工程では、第1水溶液、第2水溶液及びアルカリ性水溶液を、異なる供給口から反応槽内にそれぞれ供給する。これにより、反応槽内では、第2水溶液に含まれる他の元素を起点とする核が発生し、さらに第1水溶液に含まれるニッケルイオンが反応して反応沈殿物が生じる。生じる反応沈殿物は、Niと他の元素との共沈物である。これらの結果、本工程では、反応沈殿物である共沈物を含むスラリーが得られる。
[Slurry preparation process]
In the slurry preparation step, the first aqueous solution, the second aqueous solution, and the alkaline aqueous solution are each supplied into a reaction tank from different supply ports. As a result, nuclei originating from other elements contained in the second aqueous solution are generated in the reaction tank, and nickel ions contained in the first aqueous solution react with each other to generate a reaction precipitate. The generated reaction precipitate is a coprecipitate of Ni and other elements. As a result, in this step, a slurry containing a coprecipitate, which is a reaction precipitate, is obtained.
本工程において、反応槽へ供給される第2水溶液の供給量S1(単位:L/分)と、反応槽へ供給されるアルカリ性水溶液の供給量S2(単位:L/分)との比(S2/S1)を、3.0-12.0とする。 In this process, the ratio (S2/S1) of the supply amount S1 (unit: L/min) of the second aqueous solution supplied to the reaction tank to the supply amount S2 (unit: L/min) of the alkaline aqueous solution supplied to the reaction tank is set to 3.0-12.0.
S2/S1は、3.5以上が好ましく、4.0以上がより好ましい。S2/S1は、11.0以下が好ましく、10.0以下がより好ましく、9.8以下がさらに好ましい。上記上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。S2/S1は、例えば、3.5-11.0、4.0-10.0、又は4.0-9.8が挙げられる。 S2/S1 is preferably 3.5 or more, and more preferably 4.0 or more. S2/S1 is preferably 11.0 or less, more preferably 10.0 or less, and even more preferably 9.8 or less. The above upper and lower limit values can be combined in any manner. Examples of S2/S1 include 3.5-11.0, 4.0-10.0, or 4.0-9.8.
S2/S1を上記範囲に制御すると、反応槽内における他の元素とアルカリ水溶液の分布を一定状態に保つことができる。これにより、第2水溶液に含まれる他の元素を起点とする共沈物の核発生、結晶成長の速度、及び、結晶成長の方位が一定となりやすく、上記式(A)又は上記式(B)を満たし、好ましくは上記式(C)を満たすMCCが得られる。 By controlling S2/S1 within the above range, the distribution of the other elements and the alkaline aqueous solution in the reaction tank can be kept constant. This makes it easier for the nucleation of coprecipitates originating from the other elements contained in the second aqueous solution, the rate of crystal growth, and the orientation of crystal growth to become constant, resulting in an MCC that satisfies the above formula (A) or (B), and preferably satisfies the above formula (C).
第2水溶液は、複数の供給口から反応槽に供給されてもよい。第2水溶液を複数の供給口から供給する場合、各供給口における第2水溶液の総量が上記S1に該当する。また、複数種の第2水溶液を使用する場合、各第2水溶液の供給量の合計が上記S1に該当する。
同様に、アルカリ性水溶液は、複数の供給口から反応槽に供給されてもよい。アルカリ性水溶液を複数の供給口から供給する場合、各供給口におけるアルカリ性水溶液の総量が上記S2に該当する。
The second aqueous solution may be supplied to the reaction tank from a plurality of supply ports. When the second aqueous solution is supplied from a plurality of supply ports, the total amount of the second aqueous solution at each supply port corresponds to the above S1. When a plurality of types of second aqueous solutions are used, the total amount of each second aqueous solution supplied corresponds to the above S1.
Similarly, the alkaline aqueous solution may be supplied to the reaction tank from a plurality of supply ports. When the alkaline aqueous solution is supplied from a plurality of supply ports, the total amount of the alkaline aqueous solution at each supply port corresponds to S2 above.
スラリー調製工程においては、反応槽内の溶液温度を、例えば20-80℃、好ましくは30-75℃の範囲内で制御する。 In the slurry preparation process, the solution temperature in the reaction tank is controlled within the range of, for example, 20-80°C, preferably 30-75°C.
また、スラリー調製工程においては、反応槽内のスラリーのpH値を、例えば10-12.5の範囲内で制御することが好ましい。pH値が前記範囲内であると、BET比表面積及びD50が本実施形態の範囲内であるMCCが得られる。 In the slurry preparation step, the pH value of the slurry in the reaction vessel is preferably controlled within the range of, for example, 10 to 12.5. When the pH value is within the above range, MCC having a BET specific surface area and D50 within the range of this embodiment can be obtained.
なお、本明細書におけるpHの値は、スラリーの温度が40℃の時に測定された値であると定義する。そのため、スラリーのpHは、反応槽からスラリーをサンプリングした後、必要に応じてスラリーを加熱又は冷却し、40℃になったときに測定する。 In this specification, the pH value is defined as the value measured when the temperature of the slurry is 40°C. Therefore, after sampling the slurry from the reaction tank, the slurry is heated or cooled as necessary, and the pH of the slurry is measured when it reaches 40°C.
本工程においては、第1水溶液、第2水溶液、アルカリ性水溶液の他、反応槽内に錯化剤を加えてもよい。錯化剤としては、水溶液中で、ニッケルイオン、コバルトイオン及び元素Mのイオンと錯体を形成可能な化合物を用いる。錯化剤としては、例えばアンモニウムイオン供給体(水酸化アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、又は弗化アンモニウム等)、ヒドラジン、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸及びウラシル二酢酸及びグリシンが挙げられる。 In this process, in addition to the first aqueous solution, the second aqueous solution, and the alkaline aqueous solution, a complexing agent may be added to the reaction tank. The complexing agent used is a compound capable of forming a complex with nickel ions, cobalt ions, and ions of element M in an aqueous solution. Examples of the complexing agent include ammonium ion donors (ammonium hydroxide, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride, etc.), hydrazine, ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, uracil diacetic acid, and glycine.
[分離工程]
以上のスラリー調製工程の後、上記スラリーを脱水して共沈物を分離し、得られた共沈物を乾燥させることにより、MCCが得られる。スラリーを脱水する方法としては、例えば遠心分離や吸引ろ過等が挙げられる。
[Separation process]
After the above-mentioned slurry preparation process, the slurry is dehydrated to separate the coprecipitate, and the coprecipitate obtained is dried to obtain MCC. Examples of the method for dehydrating the slurry include centrifugation and suction filtration.
得られた共沈物を乾燥させる前に、適宜洗浄してもよい。共沈物の洗浄は、水を用いるとよい。共沈物を水で洗浄するだけでは第1水溶液又は第2水溶液に由来する夾雑物が残存してしまう場合には、必要に応じて、共沈物を、弱酸水や水酸化ナトリウムや水酸化カリウムを含むアルカリ溶液で洗浄してもよい。 The obtained coprecipitate may be washed appropriately before drying. The coprecipitate is preferably washed with water. If impurities from the first aqueous solution or the second aqueous solution remain when the coprecipitate is simply washed with water, the coprecipitate may be washed with a weak acid water or an alkaline solution containing sodium hydroxide or potassium hydroxide, as necessary.
以下、より具体的な例として、Ni、Mn及びAlを含むMCCの製造工程を一例として説明する。まず、スラリー調製工程において、Ni、Mn及びAlを含む金属複合水酸化物を含むスラリーを調製する。層状構造を有する金属複合水酸化物は、バッチ式共沈殿法又は連続式共沈殿法により製造することが可能である。 Below, as a more specific example, a manufacturing process for MCC containing Ni, Mn, and Al will be described. First, in a slurry preparation process, a slurry containing a metal composite hydroxide containing Ni, Mn, and Al is prepared. A metal composite hydroxide having a layered structure can be manufactured by a batch co-precipitation method or a continuous co-precipitation method.
連続式共沈殿法により金属複合水酸化物を製造する場合、使用可能な反応槽としては、形成された反応沈殿物を分離するためオーバーフローさせるタイプの反応槽が挙げられる。 When producing metal composite hydroxides by the continuous coprecipitation method, an example of a reaction vessel that can be used is an overflow type reaction vessel that separates the reaction precipitate that is formed.
バッチ式共沈殿法により金属複合水酸化物を製造する場合、使用可能な反応槽としては、オーバーフローパイプを備えない反応槽、及びオーバーフローパイプに連結された濃縮槽を備え、オーバーフローした反応沈殿物を濃縮槽で濃縮し、再び反応槽へ循環させる機構を有する装置等が挙げられる。 When producing metal complex hydroxides by batch coprecipitation, examples of usable reaction tanks include reaction tanks without an overflow pipe, and devices equipped with a concentration tank connected to an overflow pipe and a mechanism for concentrating the overflowed reaction precipitate in the concentration tank and circulating it back to the reaction tank.
具体的には、JP-A-2002-201028に記載された連続式共沈殿法により、ニッケル塩水溶液、マンガン塩水溶液、アルミニウム塩水溶液及び錯化剤を反応させ、Ni(1-y)MnzAlw(OH)2(z+w=yとする)で表される金属複合水酸化物を製造する。 Specifically, a metal composite hydroxide represented by Ni (1-y) MnzAlw (OH)2 (where z+w=y) is produced by reacting an aqueous nickel salt solution, an aqueous manganese salt solution, an aqueous aluminum salt solution and a complexing agent using the continuous coprecipitation method described in JP -A-2002-201028.
金属複合水酸化物を製造するにあたり、ニッケル塩水溶液は、上述の第1水溶液に該当し、マンガン塩水溶液及びアルミニウム塩水溶液は、上述の第2水溶液に該当する。また、各水溶液を混合し、第1水溶液及び第2水溶液を調製してもよい。例えば、ニッケル塩水溶液、マンガン塩水溶液及びアルミニウム塩水溶液を混合して第1水溶液を調製し、アルミニウム塩水溶液を第2水溶液として用いてもよい。 When producing a metal composite hydroxide, the nickel salt aqueous solution corresponds to the above-mentioned first aqueous solution, and the manganese salt aqueous solution and the aluminum salt aqueous solution correspond to the above-mentioned second aqueous solution. The first and second aqueous solutions may also be prepared by mixing the respective aqueous solutions. For example, the nickel salt aqueous solution, the manganese salt aqueous solution and the aluminum salt aqueous solution may be mixed to prepare the first aqueous solution, and the aluminum salt aqueous solution may be used as the second aqueous solution.
ニッケル塩水溶液の溶質であるニッケル塩としては、例えば硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル及び酢酸ニッケルのうちの少なくとも1種を使用することができる。 As the nickel salt that is the solute of the nickel salt aqueous solution, for example, at least one of nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride, and nickel acetate can be used.
マンガン塩水溶液の溶質であるマンガン塩としては、例えば硫酸マンガン、硝酸マンガン、塩化マンガンム及び酢酸マンガンのうちの少なくとも1種を使用することができる。 As the manganese salt, which is the solute of the manganese salt aqueous solution, for example, at least one of manganese sulfate, manganese nitrate, manganese chloride, and manganese acetate can be used.
上記アルミニウム塩水溶液の溶質であるアルミニウム塩としては、例えば硫酸アルミニウムやアルミン酸ナトリウム等が使用できる。 The aluminum salt that is the solute of the aluminum salt aqueous solution can be, for example, aluminum sulfate or sodium aluminate.
以上の金属塩は、上記Ni(1-y)MnzAlw(OH)2の組成比に対応する割合で用いられる。すなわち、上記金属塩を含む混合溶液中におけるNi、Mn及びAlのモル比が、(1-y):z:wとなるように各金属塩の量を規定する。また、溶媒として水が使用される。 The above metal salts are used in a ratio corresponding to the composition ratio of the above Ni (1-y) MnzAlw (OH) 2 . That is, the amount of each metal salt is specified so that the molar ratio of Ni, Mn, and Al in the mixed solution containing the above metal salts is (1-y):z:w. Water is used as the solvent.
金属複合水酸化物の製造工程において、錯化剤は、用いられてもよく、用いられなくてもよい。錯化剤が用いられる場合、ニッケル塩水溶液、マンガン塩水溶液、アルミニウム塩水溶液及び錯化剤を含む混合液に含まれる錯化剤の量は、例えば金属塩(ニッケル塩、マンガン塩及びアルミニウム塩)のモル数の合計に対するモル比が0より大きく2.0以下である。 In the manufacturing process of the metal composite hydroxide, a complexing agent may or may not be used. When a complexing agent is used, the amount of the complexing agent contained in the mixed solution containing the nickel salt aqueous solution, the manganese salt aqueous solution, the aluminum salt aqueous solution, and the complexing agent is, for example, a molar ratio of the amount of the complexing agent to the total number of moles of the metal salts (nickel salt, manganese salt, and aluminum salt) that is greater than 0 and less than or equal to 2.0.
共沈殿法に際しては、ニッケル塩水溶液、マンガン塩水溶液、アルミニウム塩水溶液、及び錯化剤に加え、アルカリ性水溶液を添加する。アルカリ性水溶液とは、例えば水酸化ナトリウム水溶液である。 In the coprecipitation method, an alkaline aqueous solution is added in addition to the nickel salt aqueous solution, manganese salt aqueous solution, aluminum salt aqueous solution, and complexing agent. The alkaline aqueous solution is, for example, a sodium hydroxide aqueous solution.
上記ニッケル塩水溶液、マンガン塩水溶液、及びアルミニウム塩水溶液のほか、任意の錯化剤、アルカリ性水溶液を反応槽に連続して供給すると、Ni、Mn及びAlが反応し、Ni(1-y)MnzAlw(OH)2が生成したスラリーが得られる。その際、上記S2/S1を、上述の範囲とすることにより、上記式(A)又は上記式(B)を満たすMCCが得られる。 When the nickel salt aqueous solution, manganese salt aqueous solution, and aluminum salt aqueous solution, as well as any complexing agent and alkaline aqueous solution, are continuously supplied to the reaction tank, Ni, Mn, and Al react to obtain a slurry in which Ni (1-y) MnzAlw (OH) 2 is generated. In this case, by setting the S2/S1 ratio within the above-mentioned range, MCC satisfying the above formula (A) or (B) can be obtained.
次いで、分離工程においてスラリーから共沈物を分離し乾燥させる。 Then, in the separation process, the coprecipitate is separated from the slurry and dried.
以上により、金属複合水酸化物であるMCCが得られる。
乾燥後に、篩別処理を行い、金属複合水酸化物のD50を調製してもよい。
As a result of the above, MCC, which is a metal composite hydroxide, is obtained.
After drying, a sieving treatment may be carried out to adjust the D50 of the metal composite hydroxide.
MCCが金属複合酸化物の場合、金属複合水酸化物を酸素含有雰囲気下で加熱処理することにより金属複合酸化物を製造することができる。 When MCC is a metal composite oxide, the metal composite oxide can be produced by heat treating the metal composite hydroxide in an oxygen-containing atmosphere.
加熱処理において、最高保持温度は350-800℃が好ましく、400-700℃がより好ましい。加熱処理の最高保持温度とは、加熱処理における保持温度の最高温度を意味する。加熱処理を複数回行う場合、最高保持温度とは、各加熱処理のうちの最高温度を意味する。 In the heat treatment, the maximum holding temperature is preferably 350-800°C, and more preferably 400-700°C. The maximum holding temperature in the heat treatment means the highest holding temperature in the heat treatment. When the heat treatment is performed multiple times, the maximum holding temperature means the highest temperature among each heat treatment.
加熱時間は、昇温開始から最高保持温度に達した後、温度保持が終了するまでの合計時間を意味する。加熱時間は、1-30時間とすることが好ましい。 The heating time refers to the total time from the start of the temperature rise until the end of temperature maintenance after the maximum holding temperature is reached. The heating time is preferably 1 to 30 hours.
<リチウム二次電池用正極活物質の製造方法>
上述したMCCを原料として用い、CAMを製造することができる。
<Method of manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery>
The above-mentioned MCC can be used as a raw material to manufacture CAM.
CAMの製造方法は、MCCと、リチウム化合物と、を混合する混合工程と、得られた混合物を酸素含有雰囲気下、500-1000℃の温度で焼成する焼成工程を有する。CAMの製造方法においては、焼成工程の後に、得られた焼成物を洗浄する洗浄工程を有してもよい。 The method for producing CAM includes a mixing step of mixing MCC with a lithium compound, and a firing step of firing the resulting mixture at a temperature of 500-1000°C in an oxygen-containing atmosphere. The method for producing CAM may also include a cleaning step of cleaning the resulting fired product after the firing step.
[混合工程]
MCCと、リチウム化合物と、を混合する。
リチウム化合物としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、及び水酸化リチウム一水和物からなる群より選択される1種以上が使用できる。
[Mixing process]
The MCC and the lithium compound are mixed.
As the lithium compound, one or more compounds selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium hydroxide, and lithium hydroxide monohydrate can be used.
リチウム化合物とMCCとを、最終目的物の組成比を勘案して混合し、リチウム化合物とMCCとの混合物を得る。 The lithium compound and MCC are mixed taking into account the composition ratio of the final product to obtain a mixture of the lithium compound and MCC.
[焼成工程]
得られた混合物を酸素含有雰囲気下、500-1000℃の焼成温度で焼成する。混合物を焼成することにより、CAMの結晶が成長する。
[Firing process]
The resulting mixture is fired in an oxygen-containing atmosphere at a firing temperature of 500-1000° C. By firing the mixture, CAM crystals grow.
本明細書における焼成温度とは、焼成炉内の雰囲気の温度であって、保持温度の最高温度(最高保持温度)を意味する。
焼成工程が、複数の焼成段階を有する場合、焼成温度とは、各焼成段階のうち最高保持温度で焼成した段階の温度を意味する。
The firing temperature in this specification means the temperature of the atmosphere in the firing furnace, and refers to the maximum temperature that can be maintained (maximum maintenance temperature).
When the firing process has a plurality of firing stages, the firing temperature means the temperature of the stage in which firing is performed at the highest holding temperature among the firing stages.
焼成温度として、550-980℃が好ましく、600-960℃が好ましい。 The firing temperature is preferably 550-980°C, more preferably 600-960°C.
また、前記焼成温度で保持する時間は、例えば、0.1-20時間が挙げられ、0.5-10時間が好ましい。 The time for which the firing temperature is maintained may be, for example, 0.1 to 20 hours, with 0.5 to 10 hours being preferred.
また、酸素含有雰囲気下で焼成することが好ましい。具体的には、酸素ガスを導入し、焼成炉内を酸素含有雰囲気とすることが好ましい。 It is also preferable to perform the firing in an oxygen-containing atmosphere. Specifically, it is preferable to introduce oxygen gas and create an oxygen-containing atmosphere inside the firing furnace.
昇温速度は、焼成炉において、昇温を開始した時間から最高保持温度に到達するまでの時間と、焼成炉内の昇温開始時の温度から最高保持温度までの温度差と、から算出される。 The heating rate is calculated from the time from when heating starts in the kiln until the maximum holding temperature is reached, and the temperature difference from the temperature when heating starts in the kiln to the maximum holding temperature.
焼成には、静置式焼成炉、流動式焼成炉などの焼成炉を用いる。静置式焼成炉は、例えば、トンネル炉、又は、ローラーハースキルンである。流動式焼成炉は、例えば、ロータリーキルンである。 For firing, a firing furnace such as a static firing furnace or a fluidized bed firing furnace is used. A static firing furnace is, for example, a tunnel furnace or a roller hearth kiln. A fluidized bed firing furnace is, for example, a rotary kiln.
[洗浄工程]
本実施形態においては、焼成物を純水やアルカリ性洗浄液などの洗浄液で洗浄してもよい。洗浄後の焼成物は、適宜乾燥させるとよい。
[Cleaning process]
In this embodiment, the fired product may be washed with a washing liquid such as pure water or an alkaline washing liquid. After washing, the fired product may be appropriately dried.
焼成し、適宜洗浄された焼成物は、適宜粉砕及び篩別されCAMが得られる。 The fired product is then appropriately washed, crushed and sieved to obtain CAM.
以上のような構成のMCCによれば、電荷移動抵抗が低いCAMを製造することができる。 By using an MCC with the above configuration, it is possible to manufacture a CAM with low charge transfer resistance.
また、以上のようなCAMの製造方法によれば、上述のMCCを原料に用いることにより、電荷移動抵抗が低いCAMを好適に製造可能である。 Furthermore, according to the above-mentioned CAM manufacturing method, by using the above-mentioned MCC as a raw material, it is possible to suitably manufacture a CAM with low charge transfer resistance.
<リチウム二次電池>
上述の製造方法により得られたCAMを用いる場合に好適なリチウム二次電池用正極について説明する。以下、リチウム二次電池用正極を正極と称することがある。
さらに、正極の用途として好適なリチウム二次電池について説明する。
<Lithium secondary battery>
A positive electrode for a lithium secondary battery suitable for use with the CAM obtained by the above-mentioned manufacturing method will be described. Hereinafter, the positive electrode for a lithium secondary battery may be referred to as a positive electrode.
Furthermore, a lithium secondary battery suitable for use as a positive electrode will be described.
CAMを用いる場合の好適なリチウム二次電池の一例は、正極及び負極、正極と負極との間に挟持されるセパレータ、正極と負極との間に配置される電解液を有する。 An example of a suitable lithium secondary battery for use with CAM has a positive electrode, a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte placed between the positive electrode and the negative electrode.
図1は、リチウム二次電池の一例を示す模式図である。例えば円筒型のリチウム二次電池10は、次のようにして製造する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a lithium secondary battery. For example, a cylindrical lithium
まず、図1の部分拡大図に示すように、帯状を呈する一対のセパレータ1、一端に正極リード21を有する帯状の正極2、及び一端に負極リード31を有する帯状の負極3を、セパレータ1、正極2、セパレータ1、負極3の順に積層し、巻回することにより電極群4とする。
First, as shown in the partially enlarged view of FIG. 1, a pair of strip-shaped
正極2は、一例として、CAMを含む正極活物質層2aと、正極活物質層2aが一面に形成された正極集電体2bとを有する。このような正極2は、まずCAM、導電材及びバインダーを含む正極合剤を調製し、正極合剤を正極集電体2bの一面に担持させて正極活物質層2aを形成することで製造できる。
As an example, the
負極3は、一例として、不図示の負極活物質を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなる電極、及び負極活物質単独からなる電極を挙げることができ、正極2と同様の方法で製造できる。
The
次いで、電池缶5に電極群4及び不図示のインシュレーターを収容した後、缶底を封止し、電極群4に電解液6を含浸させ、正極2と負極3との間に電解質を配置する。さらに、電池缶5の上部をトップインシュレーター7及び封口体8で封止することで、リチウム二次電池10を製造することができる。
Then, the
電極群4の形状としては、例えば、電極群4を巻回の軸に対して垂直方向に切断したときの断面形状が、円、楕円、長方形又は角を丸めた長方形となるような柱状の形状を挙げることができる。
The shape of the
また、このような電極群4を有するリチウム二次電池の形状としては、国際電気標準会議(IEC)が定めた電池に対する規格であるIEC60086、又はJIS C 8500で定められる形状を採用することができる。例えば、円筒型又は角型などの形状を挙げることができる。
The shape of a lithium secondary battery having such an
さらに、リチウム二次電池は、上記巻回型の構成に限らず、正極、セパレータ、負極、セパレータの積層構造を繰り返し重ねた積層型の構成であってもよい。積層型のリチウム二次電池としては、いわゆるコイン型電池、ボタン型電池、又はペーパー型(又はシート型)電池を例示することができる。 Furthermore, the lithium secondary battery is not limited to the above-mentioned wound type configuration, but may be a laminated type configuration in which a laminated structure of a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator is repeatedly stacked. Examples of laminated lithium secondary batteries include so-called coin type batteries, button type batteries, and paper type (or sheet type) batteries.
リチウム二次電池を構成する正極、セパレータ、負極及び電解液については、例えば、WO2022/113904A1の[0113]~[0140]に記載の構成、材料及び製造方法を用いることが出来る。 The positive electrode, separator, negative electrode, and electrolyte that constitute the lithium secondary battery can be those described in, for example, [0113] to [0140] of WO2022/113904A1, in terms of configuration, materials, and manufacturing methods.
<全固体リチウム二次電池>
本実施形態の製造方法により得られたCAMは、全固体リチウム二次電池のCAMとして用いることができる。
<All-solid-state lithium secondary battery>
The CAM obtained by the manufacturing method of this embodiment can be used as a CAM for an all-solid-state lithium secondary battery.
図2は、全固体リチウム二次電池の一例を示す模式図である。図2に示す全固体リチウム二次電池1000は、正極110と、負極120と、固体電解質層130とを有する積層体100と、積層体100を収容する外装体200と、を有する。また、全固体リチウム二次電池1000は、集電体の両側にCAMと負極活物質とを配置したバイポーラ構造であってもよい。バイポーラ構造の具体例として、例えば、JP-A-2004-95400に記載される構造が挙げられる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an all-solid-state lithium secondary battery. The all-solid-state lithium
正極110は、正極活物質層111と正極集電体112とを有している。正極活物質層111は、上述したCAM及び固体電解質を含む。また、正極活物質層111は、導電材及びバインダーを含んでいてもよい。
The
負極120は、負極活物質層121と負極集電体122とを有している。負極活物質層121は、負極活物質を含む。また、負極活物質層121は、固体電解質及び導電材を含んでいてもよい。
The
積層体100は、正極集電体112に接続される外部端子113と、負極集電体122に接続される外部端子123と、を有していてもよい。その他、全固体リチウム二次電池1000は、正極110と負極120との間にセパレータを有していてもよい。
The laminate 100 may have an
全固体リチウム二次電池1000は、さらに積層体100と外装体200とを絶縁する不図示のインシュレーター及び外装体200の開口部200aを封止する不図示の封止体を有する。
The all-solid-state lithium
外装体200は、アルミニウム、ステンレス鋼又はニッケルメッキ鋼などの耐食性の高い金属材料を成形した容器を用いることができる。また、外装体200として、少なくとも一方の面に耐食加工を施したラミネートフィルムを袋状に加工した容器を用いることもできる。
The
全固体リチウム二次電池1000の形状としては、例えば、コイン型、ボタン型、ペーパー型(またはシート型)、円筒型、角型、又はラミネート型(パウチ型)などの形状を挙げることができる。
The shape of the all-solid-state lithium
全固体リチウム二次電池1000は、一例として積層体100を1つ有する形態が図示されているが、本実施形態はこれに限らない。全固体リチウム二次電池1000は、積層体100を単位セルとし、外装体200の内部に複数の単位セル(積層体100)を封じた構成であってもよい。
The all-solid-state lithium
全固体リチウム二次電池については、例えば、WO2022/113904A1の[0151]~[0181]に記載の構成、材料及び製造方法を用いることができる。 For all-solid-state lithium secondary batteries, the configuration, materials, and manufacturing methods described in, for example, [0151] to [0181] of WO2022/113904A1 can be used.
以上、本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The above describes preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these examples. The shapes and combinations of the components shown in the above examples are merely examples, and various modifications can be made based on design requirements, etc., without departing from the spirit of the present invention.
さらに本発明は、以下の態様を包含してもよい。 The present invention may further include the following aspects:
[21]少なくともNi及び前記元素Mを含み、前記LA/Lavが1.4-2.3であるMCC。
[22]前記LAが100-250Åである[21]に記載のMCC。
[23]少なくともNi及び前記元素Mを含み、前記LB/Lavが1.4-2.8であるMCC。
[24]前記LB/Lavが1.6-2.8である[23]に記載のMCC。
[25]前記LBが150-300Åである[23]又は[24]に記載のMCC。
[26]前記LC/Lavが1.2-2.3である[21]から[25]のいずれか1項に記載のMCC。
[27]前記LC/Lavが1.3-2.3である[21]から[26]のいずれか1項に記載のMCC。
[28]前記LCが100-350Åである[26]又は[27]に記載のMCC。
[29]前記LCが150-300Åである[26]から[28]のいずれか1項に記載のMCC。
[29]前記組成式(I)で表される[21]から[28]のいずれか1項に記載のMCC。
[30]前記組成式(I)は、0≦x≦0.1、及び0<x+y<0.6を満たす、[29]に記載のMCC。
[31]少なくともNi及び前記元素M1を含み、前記式(A)を満たすMCC。
[32]少なくともNi及び前記元素M1を含み、前記式(B)を満たすMCC。
[33]前記BET比表面積が14.0-30.0m2/gである、[21]から[32]のいずれか1項に記載のMCC。
[34]前記D50が13μmを超え18μm以下である、[21]から[33]のいずれか1項に記載のMCC。
[35][21]から[34]のいずれか1項に記載のMCCと、リチウム化合物と、を混合する混合工程と、得られた混合物を酸素含有雰囲気下、500-1000℃の温度で焼成する焼成工程と、を有するCAMの製造方法。
[36]層状構造を有する六方晶系の化合物であり、且つ金属複合酸化物又は金属複合水酸化物である[21]から[34]のいずれか1項に記載のMCC。
[37]層状構造を有する六方晶系の化合物であり、且つ金属複合酸化物又は金属複合水酸化物であり、少なくともNi及び前記元素M1を含み、前記LA/Lavが1.2-2.5であり、且つ前記LC/Lavが1.2-2.3であるMCC。
[21] An MCC containing at least Ni and the element M, wherein the L A /L av is 1.4-2.3.
[22] The MCC according to [21], wherein the L A is 100-250 Å.
[23] An MCC containing at least Ni and the element M, wherein the L B /L av is 1.4 to 2.8.
[24] The MCC according to [23], wherein the L B /L av is 1.6 to 2.8.
[25] The MCC according to [23] or [24], wherein the L B is 150-300 Å.
[26] The MCC according to any one of [21] to [25], wherein the L C /L av is 1.2 to 2.3.
[27] The MCC according to any one of [21] to [26], wherein the L C /L av is 1.3 to 2.3.
[28] The MCC according to [26] or [27], wherein the L C is 100-350 Å.
[29] The MCC according to any one of [26] to [28], wherein the L C is 150-300 Å.
[29] The MCC according to any one of [21] to [28], represented by the composition formula (I).
[30] The MCC according to [29], wherein the composition formula (I) satisfies 0≦x≦0.1 and 0<x+y<0.6.
[31] An MCC containing at least Ni and the element M1 and satisfying the formula (A).
[32] An MCC containing at least Ni and the element M1 and satisfying formula (B).
[33] The MCC according to any one of [21] to [32], wherein the BET specific surface area is 14.0 to 30.0 m 2 /g.
[34] The MCC according to any one of [21] to [33], wherein the D50 is greater than 13 μm and less than or equal to 18 μm.
[35] A method for producing CAM, comprising: a mixing step of mixing the MCC according to any one of [21] to [34] with a lithium compound; and a firing step of firing the resulting mixture at a temperature of 500-1000° C. in an oxygen-containing atmosphere.
[36] The MCC according to any one of [21] to [34], which is a hexagonal compound having a layered structure and is a metal composite oxide or a metal composite hydroxide.
[37] An MCC which is a hexagonal compound having a layered structure, and is a metal composite oxide or metal composite hydroxide, and contains at least Ni and the element M1, and in which the L A /L av is 1.2-2.5 and the L C /L av is 1.2-2.3.
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[粉末X線回折測定]
後述で得られた金属複合水酸化物のLA,LB,LC,及びLavは、上述の[LA,LB,LC,及びLavの算出方法]により算出した。
[Powder X-ray diffraction measurement]
The LA , LB , LC , and Lav of the metal composite hydroxide obtained below were calculated by the above-mentioned [Method of calculating LA , LB , LC , and Lav ].
[BET比表面積]
後述で得られた金属複合水酸化物のBET比表面積は、上述の[BET比表面積の測定方法]により測定した。
[BET specific surface area]
The BET specific surface area of the metal composite hydroxide obtained below was measured by the above-mentioned [Method for measuring BET specific surface area].
[累積粒度分布]
後述で得られた金属複合水酸化物のD50は、上述の[D50の測定方法]の方法により測定した。
[Cumulative particle size distribution]
The D50 of the metal composite hydroxide obtained below was measured by the above-mentioned method of [Method of measuring D50 ].
[組成分析]
後述の方法で製造される金属複合水酸化物の組成は、上述の[組成分析]の方法により分析した。
[Composition Analysis]
The composition of the metal composite hydroxide produced by the method described below was analyzed by the method described above in [Composition Analysis].
[MCCの評価]
後述で得られた金属複合水酸化物を大気雰囲気下、650℃で5時間加熱処理し、金属複合酸化物であるMCCを得た。得られたMCCを用いて、上述の[MCCの評価方法]に従ってリチウム二次電池を作製し、電荷移動抵抗を測定して評価した。電荷移動抵抗が70Ω以下である場合、電荷移動抵抗が低いと評価した。
[MCC Evaluation]
The metal composite hydroxide obtained as described below was heat-treated at 650° C. for 5 hours in an air atmosphere to obtain a metal composite oxide MCC. A lithium secondary battery was produced using the obtained MCC according to the above-mentioned [Method of Evaluating MCC], and the charge transfer resistance was measured and evaluated. When the charge transfer resistance was 70Ω or less, the charge transfer resistance was evaluated as low.
<実施例1>
(スラリー調製工程)
まず、撹拌機及びオーバーフローパイプを備えた反応槽の中に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を供給し、液温を70℃に保持した。
Example 1
(Slurry preparation process)
First, water was placed in a reaction vessel equipped with a stirrer and an overflow pipe, and then an aqueous sodium hydroxide solution was supplied thereto while maintaining the liquid temperature at 70°C.
硫酸ニッケル水溶液と硫酸マンガン水溶液と硫酸アルミニウム水溶液とを混合して、第1水溶液1を調製した。このとき、第1水溶液1に含まれる金属元素の総量に対し、Ni含有量が97.5質量%、Mn含有量が2.0質量%、Al含有量が0.5質量%になるように調製した。
A first
第2水溶液1として、硫酸アルミニウム水溶液を調製した。
An aluminum sulfate aqueous solution was prepared as the second
次に、反応槽の中に、攪拌下、第1水溶液1と第2水溶液1とを、反応槽内のNiとMnとAlとのモル比が93.0:3.5:3.5となる割合で、それぞれ異なる供給口から連続的に添加した。同時に、錯化剤として硫酸アンモニウム水溶液を滴下し、アルカリ性水溶液として水酸化ナトリウム水溶液を滴下した。このとき、第2水溶液1の供給量S1と、水酸化ナトリウム水溶液の供給量S2との比S2/S1が6.4になるよう、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調製し、スラリーを得た。反応槽内のスラリーのpHは11.40であった。
Next, the first
(分離工程)
得られたスラリーを遠心分離機で脱水し、洗浄した後、単離して105℃で乾燥させることで、金属複合水酸化物1を得た。
(Separation process)
The obtained slurry was dehydrated using a centrifuge, washed, isolated, and dried at 105° C. to obtain
<実施例2>
硫酸ニッケル水溶液と硫酸マンガン水溶液とを混合して、第1水溶液2を調製した。このとき、第1水溶液2に含まれる金属元素の総量に対し、Ni含有量が98.9質量%、Mn含有量が1.1質量%になるように調製した。
Example 2
A nickel sulfate aqueous solution and a manganese sulfate aqueous solution were mixed to prepare a first
第1水溶液2と第2水溶液1とを、反応槽内のNiとMnとAlとの原子比が93.0:1.0:6.0となる割合でそれぞれ異なる供給口から連続的に添加し、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調製して比S2/S1を8.3とし、反応槽内のスラリーのpHが10.96であったこと以外は、実施例1と同様の方法で、金属複合水酸化物2を得た。
The first
<実施例3>
硫酸ニッケル水溶液と硫酸マンガン水溶液とを混合して、第1水溶液3を調製した。このとき、第1水溶液3に含まれる金属元素の総量に対し、Ni含有量が93.6質量%、Mn含有量が6.4質量%になるように調製した。
Example 3
A nickel sulfate aqueous solution and a manganese sulfate aqueous solution were mixed to prepare a first
第1水溶液3と第2水溶液1とを、反応槽内のNiとMnとAlとの原子比が88.0:6.0:6.0となる割合でそれぞれ異なる供給口から連続的に添加し、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調製して比S2/S1を4.4とし、反応槽内のスラリーのpHが10.85であったこと以外は、実施例1と同様の方法で、金属複合水酸化物3を得た。
The first
<実施例4>
硫酸ニッケル水溶液と硫酸マンガン水溶液とを混合して、第1水溶液4を調製した。このとき、第1水溶液4に含まれる金属元素の総量に対し、Ni含有量が98.9質量%、Mn含有量が1.1質量%になるように調製した。
Example 4
A nickel sulfate aqueous solution and a manganese sulfate aqueous solution were mixed to prepare a first
第1水溶液4と第2水溶液1とを、反応槽内のNiとMnとAlとの原子比が93.0:1.0:6.0となる割合でそれぞれ異なる供給口から連続的に添加し、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調製して比S2/S1を6.4とし、反応槽内のスラリーのpHが11.04であったこと以外は、実施例1と同様の方法で、金属複合水酸化物4を得た。
The first
<実施例5>
第1水溶液2と第2水溶液1とを、反応槽内のNiとMnとAlとの原子比が93.0:3.5:3.5となる割合でそれぞれ異なる供給口から連続的に添加し、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調製して比S2/S1を5.3とし、反応槽内のスラリーのpHが11.12であったこと以外は、実施例1と同様の方法で、金属複合水酸化物5を得た。
Example 5
<比較例1>
硫酸ニッケル水溶液と硫酸マンガン水溶液とを混合して、第1水溶液5を調製した。このとき、第1水溶液5に含まれる金属元素の総量に対し、Ni含有量が98.9質量%、Mn含有量が1.1質量%になるように調製した。
<Comparative Example 1>
A nickel sulfate aqueous solution and a manganese sulfate aqueous solution were mixed to prepare a first
第1水溶液5と、第2水溶液1とを、反応槽内のNiとMnとAlとの原子比が93.0:3.5:3.5となる割合でそれぞれ異なる供給口から連続的に添加し、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調製して比S2/S1を12.7とし、反応槽内のスラリーのpHが12.20であったこと以外は、実施例1と同様の方法で、金属複合水酸化物6を得た。
The first
得られた金属複合水酸化物1~6の組成、物性、電荷移動抵抗の結果を表1に示す。なお、表中のx、yは、金属複合水酸化物を下記組成式(I)で表したときの、x、yの値を示す。得られた金属複合水酸化物1~6は、いずれも層状構造を有する六方晶系の化合物であった。
Ni(1-x-y)CoxMyOz(OH)2-α …(I)
The compositions, physical properties, and charge transfer resistance of the obtained
Ni (1-x-y) Co x M y O z (OH) 2-α ... (I)
評価の結果、上記式(A)又は上記式(B)を満たす実施例1~5の金属複合水酸化物は、それを原料としたCAMを正極に用いたリチウム二次電池の電荷移動抵抗が低かった。 As a result of the evaluation, the metal composite hydroxides of Examples 1 to 5, which satisfy the above formula (A) or (B), had low charge transfer resistance in lithium secondary batteries using CAM made from them as the positive electrode.
対して、上記式(A)又は上記式(B)を満たさない比較例1金属複合水酸化物は、実施例1~5よりも、リチウム二次電池の電荷移動抵抗が高いことが分かった。比較例1は、比S2/S1が12.0を超える。そのため、第2水溶液に含まれる他の元素を起点とする共沈物の核発生、結晶成長の速度、及び、結晶成長の方位が一定となりにくく、得られるMCCは、上記式(A)又は上記式(B)を満たさなかったと考えられる。 In contrast, it was found that the metal composite hydroxide of Comparative Example 1, which does not satisfy the above formula (A) or (B), had a higher charge transfer resistance in a lithium secondary battery than Examples 1 to 5. In Comparative Example 1, the ratio S2/S1 exceeds 12.0. Therefore, it is considered that the nucleation of the coprecipitate originating from the other elements contained in the second aqueous solution, the rate of crystal growth, and the orientation of crystal growth are difficult to be constant, and the obtained MCC did not satisfy the above formula (A) or (B).
さらに、上記実施例及び比較例の結果から、同じ組成において、LA/Lavが大きい方ほど電荷移動抵抗が低くなることが確認できた。 Furthermore, from the results of the above Examples and Comparative Examples, it was confirmed that, for the same composition, the larger the L A /L av , the lower the charge transfer resistance.
1…セパレータ、2…正極、2a…正極活物質層、2b…正極集電体、3…負極、4…電極群、5…電池缶、6…電解液、7…トップインシュレーター、8…封口体、10…リチウム二次電池、21…正極リード、31…負極リード、100…積層体、110…正極、111…正極活物質層、112…正極集電体、113…外部端子、120…負極、121…負極活物質層、122…負極集電体、123…外部端子、130…固体電解質層、200…外装体、200a…開口部、1000…全固体リチウム二次電池 1...separator, 2...positive electrode, 2a...positive electrode active material layer, 2b...positive electrode current collector, 3...negative electrode, 4...electrode group, 5...battery can, 6...electrolyte, 7...top insulator, 8...sealing body, 10...lithium secondary battery, 21...positive electrode lead, 31...negative electrode lead, 100...laminated body, 110...positive electrode, 111...positive electrode active material layer, 112...positive electrode current collector, 113...external terminal, 120...negative electrode, 121...negative electrode active material layer, 122...negative electrode current collector, 123...external terminal, 130...solid electrolyte layer, 200...exterior body, 200a...opening, 1000...all-solid-state lithium secondary battery
Claims (8)
前記元素Mは、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、
下記式(A)を満たす金属複合化合物粉末。
LA/Lav≧1.2 …(A)
(式(A)中、LAは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定における2θ=38.5±1°の範囲内に存在する回折ピークから算出される結晶子径を表す。
Lavは、前記粉末X線回折測定で得られる2θ=10°-90°の範囲の粉末X線回折パターンをRietveld解析して算出される平均結晶子径を表す。) Contains at least Ni and an element M;
The element M is one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si;
A metal composite compound powder that satisfies the following formula (A):
L A / L av ≧1.2 ... (A)
(In formula (A), L A represents a crystallite diameter calculated from a diffraction peak present within a range of 2θ=38.5±1° in powder X-ray diffraction measurement using CuKα radiation.
L av represents the average crystallite size calculated by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern in the range of 2θ=10°-90° obtained by the powder X-ray diffraction measurement.)
前記元素Mは、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、
下記式(B)を満たす金属複合化合物粉末。
LB/Lav≦3.2 …(B)
(式(B)中、LBは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定における2θ=33.0±1°の範囲内に存在する回折ピークから算出される結晶子径を表す。
Lavは、前記粉末X線回折測定で得られる2θ=10°-90°の範囲の粉末X線回折パターンをRietveld解析して算出される平均結晶子径を表す。) Contains at least Ni and an element M;
The element M is one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si;
A metal complex compound powder that satisfies the following formula (B):
L / L av ≦3.2 ... (B)
(In formula (B), L B represents a crystallite diameter calculated from a diffraction peak present within a range of 2θ=33.0±1° in powder X-ray diffraction measurement using CuKα radiation.
L av represents the average crystallite size calculated by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern in the range of 2θ=10°-90° obtained by the powder X-ray diffraction measurement.)
LC/Lav≧1.2 …(C)
(式(C)中、LCは、前記粉末X線回折測定における2θ=19.1±1°の範囲内に存在する回折ピークから算出される結晶子径を表す。) The metal complex compound powder according to claim 1 or 2, which satisfies the following formula (C):
L / L ≥ 1.2 ... (C)
(In formula (C), L C represents a crystallite size calculated from a diffraction peak present within the range of 2θ=19.1±1° in the powder X-ray diffraction measurement.)
Ni(1-x-y)CoxMyOz(OH)2-α …(I)
(組成式(I)は、0≦x≦0.5、0<y≦0.5、0<x+y<1、0≦z≦3、-0.5≦α≦2、及びα-z<2を満たし、Mは、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、Zn、Sn、Zr、Nb、Ga、W、Mo、B、及びSiからなる群より選ばれる1種以上の元素である。) 3. The metal complex compound powder according to claim 1, which is represented by the following composition formula (I):
Ni (1-x-y) Co x M y O z (OH) 2-α ... (I)
(The composition formula (I) satisfies 0≦x≦0.5, 0<y≦0.5, 0<x+y<1, 0≦z≦3, −0.5≦α≦2, and α-z<2, and M is one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, Zn, Sn, Zr, Nb, Ga, W, Mo, B, and Si.)
得られた混合物を酸素含有雰囲気下、500℃以上1000℃以下の温度で焼成する焼成工程と、を有するリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。 A mixing step of mixing the metal composite compound powder according to claim 1 or 2 with a lithium compound;
and calcining the resulting mixture in an oxygen-containing atmosphere at a temperature of 500° C. or higher and 1000° C. or lower.
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