JP6479634B2 - Method for producing nickel lithium metal composite oxide - Google Patents
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Description
本発明は、ニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法、該製造方法により得られるニッケルリチウム金属複合酸化物、これからなる正極活物質、該正極活物質を用いたリチウムイオン電池正極及びリチウムイオン電池に関する。 The present invention relates to a method for producing a nickel lithium metal composite oxide, a nickel lithium metal composite oxide obtained by the production method, a positive electrode active material comprising the same, a lithium ion battery positive electrode using the positive electrode active material, and a lithium ion battery.
パーソナルコンピュータ、携帯電話などの屋外で携帯使用できる情報端末機器の普及は、小型で軽量かつ高容量の電池の導入に因るところが大きい。ハイブリッド車の普及によって、高性能で安全性や耐久性の高い車両搭載用電池の需要も増している。更に搭載する電池の小型化と高容量化により電気自動車も実現されている。既に多くの企業・研究機関が情報端末機器や車輛に搭載される電池、特にリチウムイオン電池の技術開発に参入し、激しい競争が繰り広げられており、情報端末機器やハイブリッド車、EV車の市場競争の激化に伴い、現在、より低コストのリチウムイオン電池が強く求められており、品質とコストのバランスが課題となっている。 The spread of information terminal devices such as personal computers and mobile phones that can be used outdoors is largely due to the introduction of small, lightweight and high-capacity batteries. With the spread of hybrid vehicles, demand for high-performance, safe and durable batteries for vehicles is increasing. In addition, electric vehicles have also been realized by reducing the size and capacity of batteries. Many companies and research institutes have already entered the technological development of batteries installed in information terminal equipment and vehicles, especially lithium ion batteries, and fierce competition has been taking place. Market competition for information terminal equipment, hybrid cars, and EV cars In recent years, there has been a strong demand for lower-cost lithium-ion batteries, and the balance between quality and cost has become an issue.
最終的な工業製品の製造コストを下げるための手段としては、製品を構成する部材や材料の低コスト化がまず挙げられる。リチウムイオン電池においても、その必須構成部材である正極、負極、電解質、セパレータそれぞれの低コスト化が検討されている。このうち正極は正極活物質と呼ばれるリチウム含有金属酸化物を電極上に配置した部材である。正極活物質の低コスト化は、正極の低コスト化、さらに電池の低コスト化に欠かせない。 As a means for reducing the manufacturing cost of the final industrial product, firstly, cost reduction of members and materials constituting the product can be mentioned. Also in the lithium ion battery, cost reduction of the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte, and the separator, which are essential components, is being studied. The positive electrode is a member in which a lithium-containing metal oxide called a positive electrode active material is disposed on the electrode. Lowering the cost of the positive electrode active material is indispensable for lowering the cost of the positive electrode and further reducing the cost of the battery.
現在、リチウムイオン電池の正極活物質として高容量が期待できるニッケル系活物質に注目が集まっている。典型的なニッケル系活物質の一つが、リチウムとニッケルの他にコバルトとアルミニウムを含む複合金属酸化物(LNCAO)である。LNCAOをはじめとするニッケル系活物質のリチウム源としては、水酸化リチウムが用いられている。 At present, a nickel-based active material that can be expected to have a high capacity as a positive electrode active material of a lithium ion battery is attracting attention. One typical nickel-based active material is a mixed metal oxide (LNCAO) containing cobalt and aluminum in addition to lithium and nickel. Lithium hydroxide is used as a lithium source for nickel-based active materials such as LNCAO.
本発明者は既に特願2014−174149号、2014−174150号、特願2014−174151号にて水酸化リチウムを原料とするLNCAO系リチウムイオン電池正極活物質とその製造方法を提案している(特許文献1,2,3)。上記製造方法の焼成工程では、主原料の水酸化ニッケルと水酸化リチウムとが以下の式で表される反応でリチウムとニッケルとの複合酸化物(LNO)が生成する。 The present inventor has already proposed an LNCAO-based lithium ion battery positive electrode active material using lithium hydroxide as a raw material and a method for producing the same in Japanese Patent Application Nos. 2014-174149, 2014-174150, and 2014-174151 ( Patent Documents 1, 2, 3). In the firing step of the above production method, a composite oxide (LNO) of lithium and nickel is generated by a reaction in which nickel hydroxide and lithium hydroxide as main raw materials are represented by the following formula.
(水酸化ニッケルと水酸化リチウムを原料とするLNOの製造)
4Ni(OH)2 + 4LiOH + O2 → 4LiNiO2 + 6H2O
(Manufacture of LNO from nickel hydroxide and lithium hydroxide)
4Ni (OH) 2 + 4LiOH + O 2 → 4LiNiO 2 + 6H 2 O
ところで、LNCAOを代表とするニッケル系活物質は、水酸化リチウムをリチウム源として製造されている(非特許文献1)。水酸化リチウムとしては、以下の式で表される反応で炭酸リチウムを原料として工業的に合成されたものが専ら用いられている(非特許文献2)。当然に、水酸化リチウムの価格はその原料である炭酸リチウムの価格よりも高い。 By the way, a nickel-based active material typified by LNCAO is manufactured using lithium hydroxide as a lithium source (Non-patent Document 1). As lithium hydroxide, what is industrially synthesized from lithium carbonate as a raw material by a reaction represented by the following formula is exclusively used (Non-patent Document 2). Naturally, the price of lithium hydroxide is higher than the price of lithium carbonate, which is the raw material.
(炭酸リチウムを原料とする水酸化リチウムの製造)
Li2CO3(水溶液) + Ca(OH)2(水溶液) → 2LiOH(水溶液) + CaCO3(固体)
(Production of lithium hydroxide from lithium carbonate)
Li 2 CO 3 (aqueous solution) + Ca (OH) 2 (aqueous solution) → 2LiOH (aqueous solution) + CaCO 3 (solid)
上述のように、リチウムイオン電池の高性能化と低コスト化への要求はますます高まっており、リチウムイオン電池の各部材、各部材を構成する材料の高性能化と低コスト化が必要とされている。LNOを含む正極活物質についても同様に、高品質化と低コスト化が求められている。 As described above, there is an increasing demand for higher performance and lower cost of lithium ion batteries, and it is necessary to improve the performance and cost of each component of the lithium ion battery and the materials constituting each member. Has been. Similarly, a positive electrode active material containing LNO is also required to have high quality and low cost.
より低価格の炭酸リチウム(Li2CO3)から出発してLNOを合成すれば、LNOを含む正極活物質の製造コストが低減できると予想される。炭酸リチウムの酸化リチウム及び/又は水酸化リチウムへの分解反応と、酸化リチウム及び/又は水酸化リチウムとニッケル化合物との反応とを一貫して行うことは、理論上は可能である。炭酸リチウムの酸化リチウム及び/又は水酸化リチウムへの分解反応が可能なより高い温度で一連の反応を行えばよい。 If LNO is synthesized starting from lower cost lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), it is expected that the production cost of the positive electrode active material containing LNO can be reduced. It is theoretically possible to consistently perform the decomposition reaction of lithium carbonate into lithium oxide and / or lithium hydroxide and the reaction of lithium oxide and / or lithium hydroxide with a nickel compound. A series of reactions may be performed at a higher temperature at which the decomposition reaction of lithium carbonate into lithium oxide and / or lithium hydroxide is possible.
しかし、リチウムイオン電池用の正極活物質の製造では、コバルト系、マンガン系、ニッケル−コバルト−マンガン三元系(NCM)の活物質に限り、リチウム源として炭酸リチウムが用いられている(非特許文献1、特許文献4)。コバルト系正極活物質として典型的なコバルト酸リチウム(LCO)は、原料である炭酸リチウムと酸化コバルト及び/又は水酸化コバルトとを混合し、1000℃近傍の焼成温度で合成することにより製造することができる。この合成過程で、炭酸リチウムの酸化リチウム及び/又は水酸化リチウムへの分解反応が起こると考えられる。NCMの場合は、炭酸リチウムの分解温度近くまで焼成温度を昇温する必要があることから、900℃以上の高温焼成でNCMを製造している。 However, in the production of a positive electrode active material for a lithium ion battery, lithium carbonate is used as a lithium source only for cobalt-based, manganese-based, nickel-cobalt-manganese ternary (NCM) active materials (non-patented). Literature 1, Patent Literature 4). Lithium cobalt oxide (LCO), which is typical as a cobalt-based positive electrode active material, is manufactured by mixing lithium carbonate, which is a raw material, and cobalt oxide and / or cobalt hydroxide, and synthesizing at a firing temperature around 1000 ° C. Can do. It is considered that a decomposition reaction of lithium carbonate into lithium oxide and / or lithium hydroxide occurs during this synthesis process. In the case of NCM, since it is necessary to raise the firing temperature to near the decomposition temperature of lithium carbonate, NCM is produced by high-temperature firing at 900 ° C. or higher.
また特許文献5には、リチウム源として水酸化リチウムと炭酸リチウムを併用する例が記載されている。特許文献5に記載された製造方法は、マンガン化合物、コバルト化合物、ニッケル化合物、及びリチウム化合物を含有するスラリーを噴霧乾燥し、次いで焼成してリチウム遷移金属複合酸化物を製造する方法である。この方法は、リチウム化合物が水酸化リチウム及び炭酸リチウムを含み、全Li原子に対する炭酸リチウムに由来するLi原子の割合が5〜95モル%であって、前記スラリーの噴霧乾燥後、600℃以上、炭酸リチウムの融点(726℃)未満の温度で保持した後、引き続き炭酸リチウムの融点以上の温度で焼成することを特徴とする。 Patent Document 5 describes an example in which lithium hydroxide and lithium carbonate are used in combination as a lithium source. The production method described in Patent Document 5 is a method of producing a lithium transition metal composite oxide by spray drying a slurry containing a manganese compound, a cobalt compound, a nickel compound, and a lithium compound, and then firing the slurry. In this method, the lithium compound contains lithium hydroxide and lithium carbonate, the ratio of Li atoms derived from lithium carbonate to all Li atoms is 5 to 95 mol%, and after spray drying of the slurry, 600 ° C or higher, It is characterized by holding at a temperature lower than the melting point of lithium carbonate (726 ° C.) and then firing at a temperature higher than the melting point of lithium carbonate.
このように、炭酸リチウムを唯一のリチウム源として用いるニッケル系活物質(典型的にはLNO)の製造例は知られていない。このような製造方法が困難と言われる原因は、LNO型複合酸化物の層状構造がコバルト系等他のリチウムイオン電池用正極活物質の層状構造に比べて不安定であることと考えられる。高温下の反応では反応系の熱力学的エネルギーが増大するために、生成する各種複合酸化物の結晶構造が乱れると考えられる。具体的には、LNOの層状構造の3aサイト(リチウムイオンの層)と3bサイト(ニッケルイオンの層)が高温での熱振動によりイオン交換しリチウム層にニッケルが侵入するとともにニッケル層にリチウムが侵入する状態、いわゆるカチオンミックスが惹起される。それゆえ得られる正極活物質の性能が低下し、総合的には実用性の低い正極活物質しか得られないと予想されてきた。このような予想は当業者にとって説得力があったため、リチウムイオン電池正極活物質用LNO型複合酸化物の炭酸リチウムを原料とした製造法は、これまでほとんど検討されていなかった。 Thus, there is no known production example of a nickel-based active material (typically LNO) using lithium carbonate as the only lithium source. The reason why such a manufacturing method is said to be difficult is considered that the layered structure of the LNO type composite oxide is unstable compared to the layered structure of other positive electrode active materials for lithium ion batteries such as cobalt. In the reaction at high temperature, the thermodynamic energy of the reaction system is increased, so that it is considered that the crystal structures of various composite oxides to be generated are disturbed. Specifically, the 3a site (lithium ion layer) and the 3b site (nickel ion layer) of the layered structure of LNO are ion-exchanged by thermal vibration at a high temperature, and nickel enters the lithium layer and lithium enters the nickel layer. An invading state, so-called cation mix, is induced. Therefore, it has been expected that the performance of the obtained positive electrode active material is lowered, and that only a positive active material with low practicality can be obtained. Since such a prediction was persuasive to those skilled in the art, a method for producing LNO type composite oxide for lithium ion battery positive electrode active material using lithium carbonate as a raw material has been hardly studied so far.
出願人は、このような従来技術の限界に挑戦して、従来不可能と考えられてきた炭酸リチウムのみをリチウム源とするLNO系正極活物質の製造方法を探求した。その結果、焼成工程を高温焼成工程とこれに続く低温焼成工程の2段階で行うことにより要求に見合う性能のリチウムイオン電池用正極活物質を製造できることを発見し、既に特許出願を行っている(特許文献6)。 The applicant has challenged the limitations of the prior art and has sought a method for producing an LNO-based positive electrode active material using only lithium carbonate as a lithium source, which has been considered impossible in the past. As a result, it was discovered that a positive electrode active material for a lithium ion battery having a performance meeting the requirements can be produced by performing the firing step in two stages, a high temperature firing step and a subsequent low temperature firing step, and a patent application has already been filed ( Patent Document 6).
しかしながら、特許文献6に開示した方法で製造されたニッケルリチウム金属複合酸化物を正極活物質に用いたリチウムイオン電池の性能は、さらに改善の余地があった。例えば、放電容量や初期効率では満足できる性能が得られていなかった。 However, the performance of the lithium ion battery using the nickel lithium metal composite oxide produced by the method disclosed in Patent Document 6 as the positive electrode active material has room for further improvement. For example, satisfactory performance was not obtained in terms of discharge capacity and initial efficiency.
このように、炭酸リチウムを唯一のリチウム源とするリチウムイオン電池用ニッケル系正極活物質の製造方法は十分な検討がなされておらず、多くの改良の余地がある。そこで、本発明者は引き続き、リチウムイオン電池正極活物質の高性能化と低コスト化を目指して炭酸リチウムを原料とするニッケル系正極材活物質とその製造方法の一層の改良を行った。 Thus, the manufacturing method of the nickel-type positive electrode active material for lithium ion batteries which uses lithium carbonate as the only lithium source is not examined enough, and there exists room for improvement. Accordingly, the present inventor has continued to further improve the nickel-based positive electrode active material using lithium carbonate as a raw material and a method for producing the same, aiming at higher performance and lower cost of the lithium ion battery positive electrode active material.
すなわち、リチウムイオン電池の正極材に用いた場合により優れた電池性能が発現するニッケルリチウム金属複合酸化物を製造する方法を求めて鋭意検討した。 That is, the present inventors have intensively studied for a method for producing a nickel lithium metal composite oxide that exhibits better battery performance when used as a positive electrode material of a lithium ion battery.
その結果、焼成工程の前に焼成される原料を圧縮し、圧縮成形された状態の原料をそのまま焼成することによって、正極材として用いた場合により優れたリチウムイオン電池の性能をもたらすニッケルリチウム金属複合酸化物を高収率で製造することに成功した。 As a result, by compressing the raw material to be fired before the firing step and firing the raw material in a compressed state as it is, a nickel lithium metal composite that provides better lithium ion battery performance when used as a positive electrode material The oxide was successfully produced in high yield.
すなわち本発明は以下のものである。
(発明1)リチウム原料として炭酸リチウムを使用し、
以下の工程1及び/又は工程1’と、工程2と、工程3とを含む、
以下の式(1)で表されるニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法。
(工程1)ニッケル水酸化物及び/又はニッケル酸化物と、コバルト水酸化物及び/又はコバルト酸化物とを含む前駆体に、金属Mの水酸化物及び/又は金属Mの酸化物と、炭酸リチウムを混合する、混合工程。
(工程1’)ニッケル水酸化物及び/又はニッケル酸化物と、コバルト水酸化物及び/又はコバルト酸化物と、金属Mの水酸化物及び/又は金属Mの酸化物とを含む前駆体に、炭酸リチウムを混合する、混合工程。
(工程2)工程1及び/又は工程1’で得られた混合物を圧縮する工程。
(工程3)工程2を経た混合物の圧縮成形体を500℃〜850℃の温度域で3〜40時間焼成する工程。
That is, the present invention is as follows.
(Invention 1) Lithium carbonate is used as a lithium raw material,
Including the following step 1 and / or step 1 ′, step 2 and step 3,
The manufacturing method of the nickel lithium metal complex oxide represented by the following formula | equation (1).
(Step 1) A precursor containing nickel hydroxide and / or nickel oxide, cobalt hydroxide and / or cobalt oxide, metal M hydroxide and / or metal M oxide, and carbonic acid Mixing step of mixing lithium.
(Step 1 ′) a precursor containing nickel hydroxide and / or nickel oxide, cobalt hydroxide and / or cobalt oxide, and metal M hydroxide and / or metal M oxide, Mixing step of mixing lithium carbonate.
(Step 2) A step of compressing the mixture obtained in Step 1 and / or Step 1 ′.
(Step 3) A step of firing the compression-molded product of the mixture that has undergone step 2 in a temperature range of 500 ° C. to 850 ° C. for 3 to 40 hours.
(発明2)工程2で工程1及び/又は工程1’で得られた混合物を10kN以上の荷重をかけて圧縮する、発明1のニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法。 (Invention 2) The method for producing a nickel lithium metal composite oxide according to Invention 1, wherein the mixture obtained in Step 1 and / or Step 1 'in Step 2 is compressed under a load of 10 kN or more.
(発明3)工程2で造粒機、ペレット成形機、または打錠機を用いて工程1及び/又は工程1’で得られた混合物を圧縮する、発明1又は発明2のニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法。 (Invention 3) The nickel-lithium metal composite oxidation of Invention 1 or Invention 2, wherein the mixture obtained in Step 1 and / or Step 1 ′ is compressed using a granulator, a pellet molding machine, or a tableting machine in Step 2. Manufacturing method.
(発明4)工程3を経て得られるニッケルリチウム金属複合酸化物が、
該ニッケルリチウム金属複合酸化物とカーボンブラックとバインダーとを含む正極活物質合剤の塗膜乾燥物を備える正極と、リチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の0.1C放電容量が190mAh/g以上であり、かつ、
該ニッケルリチウム金属複合酸化物とカーボンブラックとバインダーとを含む正極活物質合剤の塗膜乾燥物を備える正極と、リチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の初回の充放電効率が87%以上であるリチウムイオン電池正極活物質として機能する、
発明1〜3のいずれか1の発明のニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法。
(Invention 4) A nickel-lithium metal composite oxide obtained through Step 3,
The 0.1 C discharge capacity of a lithium ion battery comprising a positive electrode provided with a dried coating film of a positive electrode active material mixture containing the nickel lithium metal composite oxide, carbon black, and a binder, and a negative electrode made of lithium metal is 190 mAh / g or more, and
The initial charge / discharge efficiency of a lithium ion battery comprising a positive electrode provided with a dried coating film of a positive electrode active material mixture containing the nickel lithium metal composite oxide, carbon black, and a binder, and a negative electrode made of lithium metal is 87%. It functions as a lithium ion battery positive electrode active material,
The manufacturing method of the nickel lithium metal complex oxide of any one of invention 1-3.
(発明5)工程3の後に、工程3で得られた焼成体を解砕する工程及び/又は工程3を経た焼成体を篩掛する工程をさらに含む、発明1〜4のいずれか1の発明のニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法。 (Invention 5) The invention according to any one of Inventions 1 to 4, further comprising a step of crushing the fired body obtained in Step 3 and / or a step of sieving the fired body after Step 3 after Step 3. Method for producing a nickel lithium metal composite oxide.
(発明6)以下の式(1)で表されるニッケルリチウム金属複合酸化物の圧縮成形体であって、 (Invention 6) A compression-molded body of nickel-lithium metal composite oxide represented by the following formula (1):
粒子、ペレット、またはタブレットの形状であり、
さらに、
該圧縮成形体の解砕物とカーボンブラックとバインダーとを含む正極活物質合剤の塗膜乾燥物を備える正極と、リチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の0.1C放電容量が190mAh/g以上であり、かつ、
該圧縮成形体の解砕物とカーボンブラックとバインダーとを含む正極活物質合剤の塗膜乾燥物を備える正極と、リチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の初回の充放電効率が87%以上であるリチウムイオン電池正極活物質として機能する、
ニッケルリチウム金属複合酸化物の圧縮成形体。
In the form of particles, pellets, or tablets,
further,
The 0.1 C discharge capacity of a lithium ion battery comprising a positive electrode comprising a pulverized product of the compression-molded product, a coating film of a positive electrode active material mixture containing carbon black and a binder, and a negative electrode made of lithium metal is 190 mAh / g or more, and
First-time charge / discharge efficiency of a lithium ion battery comprising a positive electrode comprising a pulverized product of the compression-molded product, a coating film dried of a positive electrode active material mixture containing carbon black and a binder, and a negative electrode made of lithium metal is 87%. It functions as a lithium ion battery positive electrode active material,
Nickel-lithium metal composite oxide compression molding.
(発明7)発明1〜5のいずれか1の発明のニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法で得られたものである、請求項6に記載のニッケルリチウム金属複合酸化物の圧縮成形体。 (Invention 7) A compression-molded body of nickel-lithium metal composite oxide according to claim 6, which is obtained by the method for producing a nickel-lithium metal composite oxide according to any one of inventions 1 to 5.
(発明8)発明6又は発明7のニッケルリチウム金属複合酸化物の圧縮成形体の解砕物。 (Invention 8) A crushed product of a compression molded article of the nickel lithium metal composite oxide of Invention 6 or Invention 7.
(発明9)発明8のニッケルリチウム金属複合酸化物の圧縮成形体の解砕物を含む正極活物質。 (Invention 9) A positive electrode active material comprising a pulverized product of the compression molded product of the nickel lithium metal composite oxide of Invention 8.
(発明10)発明9の正極活物質を含むリチウムイオン電池用正極合剤。 (Invention 10) A positive electrode mixture for a lithium ion battery comprising the positive electrode active material of Invention 9.
(発明11)発明10のリチウムイオン電池用正極合剤を用いたリチウムイオン電池用正極。 (Invention 11) A positive electrode for a lithium ion battery using the positive electrode mixture for a lithium ion battery according to Invention 10.
(発明12)発明11のリチウムイオン電池用正極を備えるリチウムイオン電池。 (Invention 12) A lithium ion battery comprising the positive electrode for a lithium ion battery according to Invention 11.
本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法を用いれば、得られたニッケルリチウム金属複合酸化物をリチウムイオン電池の正極活物質として用いた場合に、より優れた電池性能を得ることができる。 If the method for producing a nickel lithium metal composite oxide of the present invention is used, more excellent battery performance can be obtained when the obtained nickel lithium metal composite oxide is used as a positive electrode active material of a lithium ion battery.
本発明の製造方法によって、以下の式(1)で表されるニッケルリチウム金属複合酸化物が得られる。式(1)中のMはAlを必須元素として含み、Mn、W、Nb、Mg、Zr、およびZnから選ばれる金属を含んでもよい金属元素である。任意の構成元素である上記Mn、W、Nb、Mg、Zr、Znから選ばれる1種類以上の金属の量は、式(1)で表されるニッケルリチウム金属複合酸化物のニッケル系正極活物質としての機能を損なわない範囲であれば如何様であってもよい。 By the production method of the present invention, a nickel lithium metal composite oxide represented by the following formula (1) is obtained. M in the formula (1) is a metal element that contains Al as an essential element and may contain a metal selected from Mn, W, Nb, Mg, Zr, and Zn. The amount of one or more kinds of metals selected from Mn, W, Nb, Mg, Zr and Zn, which are optional constituent elements, is a nickel-based positive electrode active material of a nickel-lithium metal composite oxide represented by the formula (1) As long as it does not impair the function, any method may be used.
上記Mn、W、Nb、Mg、Zr、Znから選ばれる1種類以上の金属が上記ニッケルリチウム金属複合酸化物に供給される時点は、本発明の製造方法のいずれの工程であっても良い。例えば原料に含まれる不純物として供給されてもよく、必須の工程である後述の工程1あるいは工程1’に副成分として供給されてもよく、あるいは、任意の工程で供給されてもよい。 The time when one or more kinds of metals selected from Mn, W, Nb, Mg, Zr, and Zn are supplied to the nickel-lithium metal composite oxide may be any step of the production method of the present invention. For example, it may be supplied as an impurity contained in the raw material, may be supplied as a sub-component in the below-described step 1 or step 1 ′ which is an essential step, or may be supplied in an arbitrary step.
LiaNi1−x−y Cox My Ob ・・・(1)
(ただし式(1)中、0.90<a<1.10、1.7<b<2.2、0.01<x<0.15、0.005<y<0.10であり、Mは、Alであるか、あるいは、Mn、W、Nb、Mg、Zr、Znから選ばれる1種類以上の微量の金属を含むAlである。)
Li a Ni 1-x-y Co x M y O b ··· (1)
(In the formula (1), 0.90 <a <1.10, 1.7 <b <2.2, 0.01 <x <0.15, 0.005 <y <0.10, M is Al or Al containing one or more trace amounts of metals selected from Mn, W, Nb, Mg, Zr, and Zn.)
本発明ではまず、工程1及び/又は工程1’でニッケルリチウム金属複合酸化物を構成する金属の原料を混合する。得られた混合物を後述の工程2で焼成して目的のニッケルリチウム金属複合酸化物を得る。以下に本発明の製造方法の各工程について説明する。各工程の操作と各工程で起こる化学反応を簡潔に説明するために、式(1)中のMがAlである例について記載する。式(1)中のMがAl以外の金属を含む場合の製造方法はこの例に準じる。 In the present invention, first, in step 1 and / or step 1 ', the metal raw materials constituting the nickel lithium metal composite oxide are mixed. The obtained mixture is fired in Step 2 described later to obtain the target nickel lithium metal composite oxide. Below, each process of the manufacturing method of this invention is demonstrated. In order to briefly explain the operation of each step and the chemical reaction occurring in each step, an example in which M in formula (1) is Al will be described. The production method in the case where M in formula (1) contains a metal other than Al follows this example.
(工程1)ニッケル水酸化物及び/又はニッケル酸化物と、コバルト水酸化物及び/又はコバルト酸化物とを含む前駆体に、金属Mの水酸化物及び/又は金属Mの酸化物と、炭酸リチウムを混合する混合工程である。炭酸リチウムは水酸化リチウム(通常は水酸化リチウム1水和物)の原料である。前述の通り、従来技術ではニッケルリチウム金属複合酸化物の原料として水酸化リチウムが用いられてきた。単位重量あたりの価格で比較すると炭酸リチウムは水酸化リチウムより安価である点、単位重量あたりのリチウム含有量で比べると炭酸リチウムは水酸化リチウム1水和物に比べてより高濃度のリチウムを含有する点で、炭酸リチウムの使用は有利である。混合は各種ミキサーを用い、せん断力をかけて行う。 (Step 1) A precursor containing nickel hydroxide and / or nickel oxide, cobalt hydroxide and / or cobalt oxide, metal M hydroxide and / or metal M oxide, and carbonic acid It is a mixing step of mixing lithium. Lithium carbonate is a raw material for lithium hydroxide (usually lithium hydroxide monohydrate). As described above, in the prior art, lithium hydroxide has been used as a raw material for the nickel lithium metal composite oxide. Compared with price per unit weight, lithium carbonate is cheaper than lithium hydroxide. Compared with lithium content per unit weight, lithium carbonate contains a higher concentration of lithium than lithium hydroxide monohydrate. Thus, the use of lithium carbonate is advantageous. Mixing is performed using various mixers and applying a shearing force.
(工程1’)ニッケル水酸化物及び/又はニッケル酸化物と、コバルト水酸化物及び/又はコバルト酸化物と、金属Mの水酸化物及び/又は金属Mの酸化物とを含む前駆体に、炭酸リチウムを混合する混合工程である。工程1で説明したように炭酸リチウムの使用は製造コストの面で有利である。混合は各種ミキサーを用い、せん断力をかけて行う。 (Step 1 ′) a precursor containing nickel hydroxide and / or nickel oxide, cobalt hydroxide and / or cobalt oxide, and metal M hydroxide and / or metal M oxide, It is a mixing process of mixing lithium carbonate. As described in Step 1, the use of lithium carbonate is advantageous in terms of production cost. Mixing is performed using various mixers and applying a shearing force.
本発明の混合工程で得られた原料混合物を後述の工程2に用いる。工程2に用いる焼成材料は、工程1で準備された混合物のみであっても、工程1’で準備された混合物のみであっても、工程1で準備された混合物と工程1’で準備された混合物をさらに混合したものであっても良い。 The raw material mixture obtained in the mixing step of the present invention is used in Step 2 described later. The firing material used in Step 2 was prepared in Step 1 ′ with the mixture prepared in Step 1, whether it was only the mixture prepared in Step 1 or only the mixture prepared in Step 1 ′. A mixture obtained by further mixing the mixture may be used.
(工程2)工程1及び/又は工程1’で得られた混合物を圧縮する工程である。ここでいう「圧縮」は、工程1及び/又は工程1’で得られた混合物の二次粒子が破壊されない状態で二次粒子間の空隙が最も減少した状態になるまで上記混合物を押圧する操作を指す。上記混合物の後述の工程3(焼成工程)への搬送が容易である点で、このような圧縮操作としては、造粒機、ペレット成形機、または打錠機を用いて、上記混合物を10kN以上、好ましくは25〜400kN、さらに好ましくは50〜250の押圧力によってグラニュール乃至錠形に成形する、いわゆる造粒、ペレット成形、打錠が好ましい。上記混合物の圧縮後の形状や大きさは特に制限されないが、後の焼成工程で効率よく均一に加熱される点、取扱性が良い点で、最長径が0.3mm〜15mmのペレットあるいは錠が好ましい。 (Step 2) A step of compressing the mixture obtained in step 1 and / or step 1 '. “Compression” as used herein refers to an operation of pressing the mixture until the voids between the secondary particles are reduced to a state where the secondary particles of the mixture obtained in step 1 and / or step 1 ′ are not destroyed. Point to. In terms of easy transport of the mixture to step 3 (baking step) described later, as such a compression operation, a granulator, a pellet molding machine, or a tableting machine is used, and the mixture is 10 kN or more. So-called granulation, pellet molding, and tableting, which are preferably formed into granules or tablets with a pressing force of 25 to 400 kN, more preferably 50 to 250, are preferable. The shape and size of the mixture after compression are not particularly limited, but pellets or tablets having a longest diameter of 0.3 mm to 15 mm are preferable in that they are efficiently and uniformly heated in the subsequent baking step and have good handleability. preferable.
上記混合物の量に応じて効率的に操作できる点で、圧縮に用いる機器として造粒機、ペレット成形機、または打錠機が好ましい。工程1及び/又は工程1’で得られた混合物が凝集している、あるいは多量の水分を含む場合には、工程2であらかじめ上記混合物を適宜乾燥、混合、あるいは混練した物を圧縮することができる。上記造粒機、ペレット成形機、または打錠機には、乾燥、混合、混練機能が複合したものであってもよい。このような圧縮装置として例えば高圧造粒機や造粒混合機が用いられる。 A granulator, a pellet molding machine, or a tableting machine is preferable as an apparatus used for compression in that it can be efficiently operated according to the amount of the mixture. When the mixture obtained in Step 1 and / or Step 1 ′ is agglomerated or contains a large amount of moisture, the product obtained by appropriately drying, mixing or kneading the mixture in advance in Step 2 may be compressed. it can. The granulator, pellet molding machine, or tableting machine may have a combination of drying, mixing, and kneading functions. As such a compression device, for example, a high-pressure granulator or a granulation mixer is used.
(工程3) 工程2で得られた圧縮成形体を焼成する工程である。本発明の焼成工程では、500℃〜850℃の温度域、好ましくは600℃〜810℃の温度域で、通常は3〜40時間、好ましくは5〜35時間焼成する。工程3では、工程3の焼成は酸素存在下で行う事が好ましい。焼成雰囲気ガスとして、純酸素、空気、空気に酸素を加えた混合気体、もしくは窒素等の不活性ガスに酸素を加えたガスを用いることができる。 (Step 3) This is a step of firing the compression-molded body obtained in Step 2. In the firing step of the present invention, the firing is performed in a temperature range of 500 ° C. to 850 ° C., preferably in a temperature range of 600 ° C. to 810 ° C., usually for 3 to 40 hours, preferably 5 to 35 hours. In step 3, the firing in step 3 is preferably performed in the presence of oxygen. As the firing atmosphere gas, pure oxygen, air, a mixed gas obtained by adding oxygen to air, or a gas obtained by adding oxygen to an inert gas such as nitrogen can be used.
焼成温度が500℃未満では未反応の炭酸リチウムが多量に残存しニッケルリチウム金属複合酸化物の生産効率が低下する。しかもこのような低すぎる温度で焼成して製造されたニッケルリチウム金属複合酸化物のリチウムイオン電池用正極活物質に利用すると、十分な電池性能が得られない。焼成温度が850℃を超えると未反応の炭酸リチウムは減少するが、製造されたニッケルリチウム金属複合酸化物をリチウムイオン電池用正極活物質に利用すると、十分な電池性能が得られない。 When the firing temperature is less than 500 ° C., a large amount of unreacted lithium carbonate remains and the production efficiency of the nickel lithium metal composite oxide is lowered. In addition, when the nickel-lithium metal composite oxide produced by firing at such a low temperature is used as a positive electrode active material for a lithium ion battery, sufficient battery performance cannot be obtained. When the firing temperature exceeds 850 ° C., unreacted lithium carbonate decreases, but when the produced nickel-lithium metal composite oxide is used as a positive electrode active material for a lithium ion battery, sufficient battery performance cannot be obtained.
工程3は1段階で行う、すなわち500℃以上の温度を維持して焼成を完了することができる。あるいは、2段階以上で行う、すなわち、500℃以上の異なる温度でそれぞれ一定時間維持して焼成を完了することもできる。1段階あるいは2段階の温度設定が現実的である。 Step 3 is performed in one stage, that is, the firing can be completed while maintaining a temperature of 500 ° C. or higher. Alternatively, the firing can be completed in two or more stages, that is, by maintaining each at a different temperature of 500 ° C. or more for a certain time. One-step or two-step temperature setting is realistic.
工程3で用いる焼成炉は、上述のような焼成雰囲気ガスの流入と排出が可能な構造であれば制限されない。好ましい焼成炉は商業生産を想定した比較的大量の原料混合物を焼成することができる連続式あるいはバッチ式炉である。例えば、ロータリーキルン、ローラーハースキルン、マッフル炉などを使用することができる。効率よく酸化性ガスを導入するためには焼成雰囲気ガスの供給口と排出口が容器開口部に接近した構造のものが好ましい。容器内の混合物を攪拌しながら焼成できる構造のものは、混合物が均一に焼成できるという点で好ましい。 The firing furnace used in step 3 is not limited as long as it has a structure capable of inflow and exhaust of the firing atmosphere gas as described above. A preferred firing furnace is a continuous or batch furnace capable of firing a relatively large amount of a raw material mixture intended for commercial production. For example, a rotary kiln, a roller hearth kiln, a muffle furnace, etc. can be used. In order to efficiently introduce the oxidizing gas, a structure in which the supply port and the discharge port of the firing atmosphere gas are close to the container opening is preferable. A structure that can be fired while stirring the mixture in the container is preferable in that the mixture can be fired uniformly.
工程3の後に、焼成体をボールミル、ジェットミル、乳鉢など用いて解砕する工程を設けることができる。またさらに工程2の後に、工程2で得られた焼成体粒子を篩う工程を設けることもできる。このような解砕工程、篩工程の両方を行っても良い。このような解砕工程及び/又は篩工程によって、充填性や粒度分布が調整された微細粒子状のニッケルリチウム金属複合酸化物を製造することができる。本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物は、最終的にはメジアン径が好ましくは20μm以下、さらに好ましくは3〜18μmの範囲に調整される。 After step 3, a step of crushing the fired body using a ball mill, jet mill, mortar, or the like can be provided. Further, after step 2, a step of sieving the fired body particles obtained in step 2 may be provided. You may perform both such a crushing process and a sieving process. By such a pulverization step and / or a sieving step, a fine-particle nickel-lithium metal composite oxide with adjusted fillability and particle size distribution can be produced. The nickel lithium metal composite oxide of the present invention is finally adjusted to have a median diameter of preferably 20 μm or less, more preferably 3 to 18 μm.
工程3の終了時に炭酸リチウムはほぼ完全に消費されてニッケルリチウム金属複合酸化物を形成している。その結果、正極活物質としての性能に優れるニッケルリチウム金属複合酸化物が得られる。このような本発明の方法で得られたニッケルリチウム金属複合酸化物の性能は、以下の評価によって確認することができる。 At the end of step 3, the lithium carbonate is almost completely consumed to form a nickel lithium metal composite oxide. As a result, a nickel lithium metal composite oxide having excellent performance as a positive electrode active material can be obtained. The performance of the nickel lithium metal composite oxide obtained by the method of the present invention can be confirmed by the following evaluation.
(放電容量)
本発明の製造方法で得られたニッケルリチウム金属複合酸化物にカーボンブラックを配合した正極活物質が塗布された正極とリチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の0.1C放電容量は190mAh/g以上である。
(Discharge capacity)
The 0.1 C discharge capacity of a lithium ion battery comprising a positive electrode obtained by applying a positive electrode active material in which carbon black is mixed with nickel lithium metal composite oxide obtained by the production method of the present invention and a negative electrode made of lithium metal is 190 mAh / g or more.
(充放電特性)
本発明の製造方法で得られたニッケルリチウム金属複合酸化物にカーボンブラックを配合した正極活物質が塗布された正極とリチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の初回充放電効率は87%以上である。
(Charge / discharge characteristics)
The initial charge and discharge efficiency of a lithium ion battery comprising a positive electrode obtained by applying a positive electrode active material in which carbon black is mixed with nickel lithium metal composite oxide obtained by the production method of the present invention and a negative electrode made of lithium metal is 87% or more. It is.
本発明により炭酸リチウムを原料に用いてリチウムイオン電池の正極活物質として好適なニッケルリチウム金属複合酸化物が提供される。本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物のみでリチウムイオン電池の正極活物質を構成してもよいし、本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物に他のニッケルリチウム金属複合酸化物を混合してもよい。例えば、本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物粉体50重量部と、本発明以外のリチウムイオン電池二次電池用正極活物質50重量部とを混合したものを正極活物質として用いることもできる。リチウムイオン電池の正極を製造する場合には、上述の本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物粉体を含む正極活物質、導電助剤、バインダー、分散用有機溶媒を加えて正極用合材スラリーを調製し、電極に塗布し、リチウムイオン電池正極を製造する。 According to the present invention, there is provided a nickel lithium metal composite oxide suitable as a positive electrode active material of a lithium ion battery using lithium carbonate as a raw material. The positive electrode active material of a lithium ion battery may be composed of only the nickel lithium metal composite oxide of the present invention, or another nickel lithium metal composite oxide may be mixed with the nickel lithium metal composite oxide of the present invention. . For example, a mixture of 50 parts by weight of the nickel lithium metal composite oxide powder of the present invention and 50 parts by weight of a positive electrode active material for a lithium ion battery secondary battery other than the present invention can be used as the positive electrode active material. When producing a positive electrode of a lithium ion battery, a positive electrode active material containing the above-described nickel lithium metal composite oxide powder of the present invention, a conductive additive, a binder, and an organic solvent for dispersion are added to prepare a positive electrode mixture slurry. It is prepared and applied to an electrode to produce a lithium ion battery positive electrode.
(実施例1)
以下の工程1、工程2、工程3を経て本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物を製造した。
(工程1)硫酸ニッケルと硫酸コバルトの水溶液から調製した水酸化ニッケルおよび水酸化コバルトで構成される平均粒径13.6μmの前駆体に水酸化アルミニウムと炭酸リチウムをミキサーでせん断をかけて混合した。なお、水酸化アルミニウムは前駆体量に対してアルミニウムが2モル%となるように、炭酸リチウムはニッケル−コバルト−アルミニウムの合計に対するモル比が1.025となるように各々調製した。
(工程2)新東工業株式会社製ロール式高圧造粒機「ブリケッタ」を用いて、工程1で得られた混合物を直径5mmの円盤状ペレットに圧縮した。
(工程3)工程2で得られたペレットを毎分5リットルの純酸素を供給しながら810℃で10時間焼成した。こうして本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物が得られた。焼成後のニッケルリチウム金属複合酸化物は、上記円盤状ペレットの形状を維持していた。
Example 1
The nickel lithium metal composite oxide of the present invention was manufactured through the following Step 1, Step 2, and Step 3.
(Process 1) Aluminum hydroxide and lithium carbonate were mixed with a precursor having an average particle diameter of 13.6 μm composed of nickel hydroxide and cobalt hydroxide prepared from an aqueous solution of nickel sulfate and cobalt sulfate by shearing with a mixer. . The aluminum hydroxide was prepared so that the aluminum content was 2 mol% with respect to the precursor amount, and the lithium carbonate was prepared so that the molar ratio with respect to the total of nickel-cobalt-aluminum was 1.025.
(Step 2) Using a roll type high-pressure granulator “Bricketta” manufactured by Shinto Kogyo Co., Ltd., the mixture obtained in Step 1 was compressed into a disk-shaped pellet having a diameter of 5 mm.
(Step 3) The pellets obtained in Step 2 were fired at 810 ° C. for 10 hours while supplying 5 liters of pure oxygen per minute. Thus, the nickel lithium metal composite oxide of the present invention was obtained. The nickel-lithium metal composite oxide after firing maintained the shape of the disk-shaped pellet.
(実施例2)以下の工程1、工程2、工程3を経て本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物を製造した。
(工程1)実施例1と同じに行った。
(工程2)実施例1と同じに行った。
(工程3)工程2で得られたペレットを毎分5リットルの純酸素を供給しながら690℃で10時間焼成した。その後昇温して810℃で5時間焼成した。こうして本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物が得られた。焼成後のニッケルリチウム金属複合酸化物は、上記円盤状ペレットの形状を維持していた。
(Example 2) The nickel lithium metal composite oxide of the present invention was produced through the following steps 1, 2, and 3.
(Step 1) Performed in the same manner as in Example 1.
(Step 2) Performed in the same manner as in Example 1.
(Step 3) The pellets obtained in Step 2 were fired at 690 ° C. for 10 hours while supplying 5 liters of pure oxygen per minute. Thereafter, the temperature was raised and firing was performed at 810 ° C. for 5 hours. Thus, the nickel lithium metal composite oxide of the present invention was obtained. The nickel-lithium metal composite oxide after firing maintained the shape of the disk-shaped pellet.
(実施例3)
以下の工程1、工程2、工程3を経て本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物を製造した。
(工程1)実施例1と同じに行った。
(工程2)実施例1と同じに行った。
(工程3)工程2で得られたペレットを毎分5リットルの純酸素を供給しながら690℃で10時間焼成した。その後昇温して780℃で5時間焼成した。こうして本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物が得られた。焼成後のニッケルリチウム金属複合酸化物は、上記円盤状ペレットの形状を維持していた。
(Example 3)
The nickel lithium metal composite oxide of the present invention was manufactured through the following Step 1, Step 2, and Step 3.
(Step 1) Performed in the same manner as in Example 1.
(Step 2) Performed in the same manner as in Example 1.
(Step 3) The pellets obtained in Step 2 were fired at 690 ° C. for 10 hours while supplying 5 liters of pure oxygen per minute. Thereafter, the temperature was raised and firing was performed at 780 ° C. for 5 hours. Thus, the nickel lithium metal composite oxide of the present invention was obtained. The nickel-lithium metal composite oxide after firing maintained the shape of the disk-shaped pellet.
(比較例1)
実施例1と同じに工程1を行った。工程1で得られた混合物を圧縮せず直ちに焼成してニッケルリチウム金属複合酸化物を製造した。焼成工程では、毎分5リットルの純酸素を供給しながら、まず690℃で10時間焼成し、その後昇温して730℃で10時間焼成した。こうして比較用のニッケルリチウム金属複合酸化物を製造した。焼成後のニッケルリチウム金属複合酸化物は、凝集した塊状の焼成体であった。
(Comparative Example 1)
Step 1 was performed in the same manner as in Example 1. The mixture obtained in step 1 was immediately fired without being compressed to produce a nickel lithium metal composite oxide. In the firing step, while supplying pure oxygen of 5 liters per minute, first, firing was performed at 690 ° C. for 10 hours, and then the temperature was raised and firing was performed at 730 ° C. for 10 hours. Thus, a nickel-lithium metal composite oxide for comparison was manufactured. The nickel-lithium metal composite oxide after firing was an agglomerated massive fired body.
(比較例2)
上記工程1で得られた混合物を圧縮せず直ちに焼成してニッケルリチウム金属複合酸化物を製造した。焼成工程では、毎分5リットルの純酸素を供給しながら、まず690℃で10時間焼成し、その後昇温して750℃で10時間焼成した。こうして比較用のニッケルリチウム金属複合酸化物を製造した。焼成後のニッケルリチウム金属複合酸化物は、凝集した塊状の焼成体であった。
(Comparative Example 2)
The mixture obtained in the above step 1 was immediately fired without compression to produce a nickel lithium metal composite oxide. In the firing step, while supplying 5 liters of pure oxygen per minute, first, firing was performed at 690 ° C. for 10 hours, and then the temperature was raised and firing was performed at 750 ° C. for 10 hours. Thus, a nickel-lithium metal composite oxide for comparison was manufactured. The nickel-lithium metal composite oxide after firing was an agglomerated massive fired body.
(電池性能の評価)
実施例、比較例で得られたニッケルリチウム金属複合酸化物の解砕物100重量部に対し、デンカ製アセチレンブラック1重量部、日本黒鉛製グラファイトカーボン5重量部、クレハ製ポリフッ化ビニリデン4重量部となるように調製し、N−メチルピロリドンを分散溶媒としてスラリーを調製した。このスラリーを集電体であるアルミニウム箔に塗工し、乾燥、プレスを行ったものを正極、対極にリチウム金属箔を負極として2032型コイン電池を作成した。この電池の0.1Cでの放電容量及び初回効率を測定した。結果を表1に示す。
(Evaluation of battery performance)
With respect to 100 parts by weight of the pulverized nickel lithium metal composite oxide obtained in Examples and Comparative Examples, 1 part by weight of dentylene acetylene black, 5 parts by weight of graphite carbon made of Japanese graphite, 4 parts by weight of polyvinylidene fluoride made by Kureha, A slurry was prepared using N-methylpyrrolidone as a dispersion solvent. This slurry was applied to an aluminum foil as a current collector, dried and pressed to form a positive electrode, and a lithium metal foil as a negative electrode as a counter electrode to form a 2032 type coin battery. The discharge capacity and initial efficiency at 0.1 C of this battery were measured. The results are shown in Table 1.
表1の結果が示すように、本発明の製造方法で得られたニッケルリチウム金属複合酸化物をリチウムイオン電池の正極活物質として用いた場合には、優れた放電容量と初期効率が達成される。実施例1と実施例2及び実施例3とは焼成条件が異なるものの、同等の電池性能が得られている。これに対して工程1で得られた混合物を圧縮せずに焼成して得られたニッケルリチウム金属複合酸化物をリチウムイオン電池の正極活物質として用いた比較例1、2では、放電容量と初期効率の両方が劣る。 As shown in the results of Table 1, when the nickel lithium metal composite oxide obtained by the production method of the present invention is used as a positive electrode active material of a lithium ion battery, excellent discharge capacity and initial efficiency are achieved. . Although Example 1 and Example 2 and Example 3 differ in firing conditions, equivalent battery performance is obtained. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the nickel-lithium metal composite oxide obtained by firing the mixture obtained in Step 1 without compression was used as the positive electrode active material of the lithium ion battery, the discharge capacity and the initial Both efficiency is inferior.
このように本発明のニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法では、原料として低価格の炭酸リチウムを使用し、正極活物質としての性能に優れるニッケルリチウム金属複合酸化物を製造することができる。 As described above, in the method for producing a nickel lithium metal composite oxide of the present invention, it is possible to produce a nickel lithium metal composite oxide having excellent performance as a positive electrode active material by using low-cost lithium carbonate as a raw material.
本発明は、低コストで高性能のリチウムイオン電池を供給する手段として有益である。本発明で得られたニッケルリチウム金属複合酸化物とこれを利用したリチウムイオン電池は、携帯情報端末や電池搭載車両の一層の低コスト化に貢献する。 The present invention is useful as a means for supplying a high-performance lithium ion battery at a low cost. The nickel lithium metal composite oxide obtained in the present invention and a lithium ion battery using the same contribute to further cost reduction of a portable information terminal and a battery-equipped vehicle.
Claims (12)
以下の工程1及び/又は工程1’と、工程2と、工程3とを含む、
以下の式(1)で表されるニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法。
(工程1)ニッケル水酸化物及び/又はニッケル酸化物と、コバルト水酸化物及び/又はコバルト酸化物とを含む前駆体に、金属Mの水酸化物及び/又は金属Mの酸化物と、炭酸リチウムを混合することにより混合物を得る、混合工程。
(工程1’)ニッケル水酸化物及び/又はニッケル酸化物と、コバルト水酸化物及び/又はコバルト酸化物と、金属Mの水酸化物及び/又は金属Mの酸化物とを含む前駆体に、炭酸リチウムを混合することにより混合物を得る、混合工程。
(工程2)工程1及び/又は工程1’で得られた混合物を圧縮することにより、圧縮成形体を得る工程。
(工程3)工程2を経た混合物の圧縮成形体を500℃〜850℃の温度域で3〜40時間焼成することにより焼成体を得る工程。
Including the following step 1 and / or step 1 ′, step 2 and step 3,
The manufacturing method of the nickel lithium metal complex oxide represented by the following formula | equation (1).
(Step 1) A precursor containing nickel hydroxide and / or nickel oxide, cobalt hydroxide and / or cobalt oxide, metal M hydroxide and / or metal M oxide, and carbonic acid A mixing step of obtaining a mixture by mixing lithium.
(Step 1 ′) a precursor containing nickel hydroxide and / or nickel oxide, cobalt hydroxide and / or cobalt oxide, and metal M hydroxide and / or metal M oxide, A mixing step in which a mixture is obtained by mixing lithium carbonate.
(Step 2) A step of obtaining a compression molded body by compressing the mixture obtained in Step 1 and / or Step 1 ′.
(Step 3) A step of obtaining a fired product by firing the compression molded product of the mixture that has undergone Step 2 in a temperature range of 500 ° C. to 850 ° C. for 3 to 40 hours.
ニッケルリチウム金属複合酸化物とカーボンブラックとバインダーとを含む正極活物質合剤の塗膜乾燥物を備える正極と、リチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の0.1C放電容量が190mAh/g以上であり、かつ、
ニッケルリチウム金属複合酸化物とカーボンブラックとバインダーとを含む正極活物質合剤の塗膜乾燥物を備える正極と、リチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の初回の充放電効率が87%以上であるリチウムイオン電池正極活物質として機能する、
請求項1〜3のいずれかに1項に記載のニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法。 The fired body obtained through step 3 is
A 0.1 C discharge capacity of a lithium ion battery comprising a positive electrode provided with a dried coating film of a positive electrode active material mixture containing nickel lithium metal composite oxide, carbon black and a binder, and a negative electrode made of lithium metal is 190 mAh / g. That's it, and
First-time charge / discharge efficiency of a lithium ion battery comprising a positive electrode provided with a dried coating film of a positive electrode active material mixture containing nickel lithium metal composite oxide, carbon black and a binder, and a negative electrode made of lithium metal is 87% or more. Which functions as a lithium ion battery positive electrode active material,
The manufacturing method of the nickel lithium metal complex oxide of any one of Claims 1-3.
粒子、ペレット、またはタブレットの形状であり、
さらに、
該圧縮成形体の解砕物とカーボンブラックとバインダーとを含む正極活物質合剤の塗膜乾燥物を備える正極と、リチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の0.1C放電容量が190mAh/g以上であり、かつ、
該圧縮成形体の解砕物とカーボンブラックとバインダーとを含む正極活物質合剤の塗膜乾燥物を備える正極と、リチウム金属からなる負極とを備えるリチウムイオン電池の初回の充放電効率が87%以上であるリチウムイオン電池正極活物質として機能する、
ニッケルリチウム金属複合酸化物の圧縮成形体。 A nickel lithium metal composite oxide compression molded body represented by the following formula (1):
In the form of particles, pellets, or tablets,
further,
The 0.1 C discharge capacity of a lithium ion battery comprising a positive electrode comprising a pulverized product of the compression-molded product, a coating film of a positive electrode active material mixture containing carbon black and a binder, and a negative electrode made of lithium metal is 190 mAh / g or more, and
First-time charge / discharge efficiency of a lithium ion battery comprising a positive electrode comprising a pulverized product of the compression-molded product, a coating film dried of a positive electrode active material mixture containing carbon black and a binder, and a negative electrode made of lithium metal is 87%. It functions as a lithium ion battery positive electrode active material,
Nickel-lithium metal composite oxide compression molding.
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