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JP7389376B2 - Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries - Google Patents
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Description

本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体、非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery. The present invention relates to a method for producing a cathode active material for use.

近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、モーター駆動用電源などの大型の電池として、高出力の二次電池の開発も強く望まれている。 BACKGROUND ART In recent years, with the spread of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, there is a strong desire to develop small, lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries with high energy density. There is also a strong desire to develop high-output secondary batteries for use in large batteries such as motor drive power supplies.

これらの要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液などで構成され、正極活物質および負極活物質として、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が用いられている。 A lithium ion secondary battery is a secondary battery that meets these requirements. A lithium ion secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and the like, and uses a material capable of desorbing and inserting lithium as the positive electrode active material and negative electrode active material.

リチウムイオン二次電池については、現在、研究開発が盛んに行われているところである。中でも、層状又はスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。 Research and development on lithium ion secondary batteries is currently being actively conducted. Among them, lithium ion secondary batteries using layered or spinel-type lithium metal composite oxides as positive electrode materials are being put into practical use as batteries with high energy density because they can obtain high voltages of the 4V class.

リチウムイオン二次電池の正極材料として、現在、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)、リチウム過剰ニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiMnO-LiNiMnCo)などのリチウム複合酸化物が提案されている。 Currently, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), which uses nickel that is cheaper than cobalt, and lithium nickel are used as positive electrode materials for lithium ion secondary batteries. Cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide using manganese (LiMn 2 O 4 ), lithium nickel manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn Lithium composite oxides such as 0.5 O 2 ) and lithium-excess nickel cobalt manganese composite oxide (Li 2 MnO 3 --LiNix Mny Co z O 2 ) have been proposed.

これらの正極活物質の中でも、近年、安価なリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が注目されている。この複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物と同じく層状岩塩型化合物である。 Among these positive electrode active materials, inexpensive lithium nickel cobalt manganese composite oxides have attracted attention in recent years. This composite oxide is a layered rock salt type compound like the lithium cobalt composite oxide.

そして、係るリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を得るための前駆体の製造方法が、例えば、特許文献1に開示されている。 A method for producing a precursor for obtaining such a lithium nickel cobalt manganese composite oxide is disclosed in, for example, Patent Document 1.

特開2015-191847号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-191847

ところで、リチウムイオン二次電池の高出力化を目指すためには、リチウムイオンの正極負極間の移動距離を短くすることが有効であることから、粒子内部に均一な細孔を有した多孔質な粒子を含む正極材料を用いることが有用である。 By the way, in order to increase the output of lithium ion secondary batteries, it is effective to shorten the distance that lithium ions travel between the positive and negative electrodes, so porous particles with uniform pores are used. It is useful to use positive electrode materials that include particles.

しかしながら、特許文献1においては、前駆体の製造方法や該前駆体を用いて製造される正極活物質の組成などについては開示されているものの、正極活物質の粒子の構造については言及しておらず、特に、二次粒子の内部構造についての検討はなされていない。 However, although Patent Document 1 discloses the method for producing the precursor and the composition of the positive electrode active material produced using the precursor, it does not mention the structure of the particles of the positive electrode active material. In particular, no study has been made on the internal structure of the secondary particles.

そこで、上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、多孔質な粒子を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質を形成できる、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the prior art described above, one aspect of the present invention provides a positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries that can form a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries containing porous particles. The purpose is to provide the body.

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
物質量比にしてNi:Mn:Co:M=x:y:z:t(但し、x+y+z+t=1であり、0.25<x<0.60、0<y<0.70、0<z<0.70、0≦t≦0.10を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で構成されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、
水素を含有する官能基と、を有し、
含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meが、1.60以上である非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を提供する。
According to one aspect of the present invention to solve the above problems,
Ni:Mn:Co:M=x:y:z:t (however, x+y+z+t=1, 0.25<x<0.60, 0<y<0.70, 0<z <0.70, 0≦t≦0.10, and M is one type selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W. A nickel cobalt manganese carbonate composite consisting of the above additive elements.
has a hydrogen-containing functional group,
Provided is a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which H/Me, which is the material ratio of hydrogen H contained to metal component Me contained, is 1.60 or more.

本発明の一態様によれば、多孔質な粒子を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質を形成できる、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can form a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing porous particles.

本発明の実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法のフローの一例を示す図である。It is a figure showing an example of the flow of the manufacturing method of the cathode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries of an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法のフローの他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the flow of the manufacturing method of the positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary batteries of embodiment of this invention. 本発明に係る実施例1において作製したコイン型電池の断面構成の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a cross-sectional configuration of a coin-type battery manufactured in Example 1 according to the present invention.

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

[非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体]
本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体(以下、単に「前駆体」とも記載する)の一構成例について説明する。本実施形態の前駆体は、物質量比(mol比)にしてNi:Mn:Co:M=x:y:z:t(但し、x+y+z+t=1であり、0.25<x<0.60、0<y<0.70、0<z<0.70、0≦t≦0.10を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で構成されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とを有する。
[Cathode active material precursor for nonaqueous electrolyte secondary batteries]
An example of the structure of the positive electrode active material precursor (hereinafter also simply referred to as "precursor") for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment will be described. The precursor of this embodiment has a substance amount ratio (molar ratio) of Ni:Mn:Co:M=x:y:z:t (where x+y+z+t=1 and 0.25<x<0.60 , 0<y<0.70, 0<z<0.70, 0≦t≦0.10, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, (one or more types of additive elements selected from Nb, Mo, and W) and a functional group containing hydrogen.

本実施形態の前駆体は、含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを、1.60以上とする。 In the precursor of this embodiment, H/Me, which is the substance amount ratio between hydrogen H contained and metal component Me contained, is set to be 1.60 or more.

なお、本実施形態では、前駆体が含有する金属成分Meとは、上記物質量比で挙げたNi、Mn、Co、および添加元素Mが挙げられる。 In addition, in this embodiment, the metal component Me contained in the precursor includes Ni, Mn, Co, and the additive element M listed in the above substance amount ratio.

本実施形態の前駆体は、微細な複数の一次粒子が凝集して形成された略球状の二次粒子を含むことができる。本実施形態の前駆体は、該二次粒子で構成することもできる。 The precursor of this embodiment can include approximately spherical secondary particles formed by aggregation of a plurality of fine primary particles. The precursor of this embodiment can also be composed of the secondary particles.

本実施形態の前駆体は、粒径の均一性が高く、かつ微細な結晶であり、非水系電解質二次電池用正極活物質の原料として用いることができる。 The precursor of this embodiment has a highly uniform particle size and is a fine crystal, and can be used as a raw material for a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

以下に、本実施形態の前駆体について、具体的に説明する。 The precursor of this embodiment will be specifically explained below.

(組成)
本実施形態の前駆体に含まれるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物、および水素を含有する官能基について説明する。
(composition)
The nickel cobalt manganese carbonate complex and the hydrogen-containing functional group contained in the precursor of this embodiment will be explained.

ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物は、上述のように、物質量比にしてNi:Mn:Co:M=x:y:z:tの組成を持つ塩基性炭酸塩形態のニッケルコバルトマンガン複合物である。 As mentioned above, the nickel cobalt manganese carbonate composite is a nickel cobalt manganese composite in the form of a basic carbonate having a composition of Ni:Mn:Co:M=x:y:z:t in terms of substance amount ratio. be.

但し、上記物質量比において、x+y+z+t=1であり、0.25<x<0.60、0<y<0.70、0<z<0.70、0≦t≦0.10を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。 However, in the above substance amount ratio, x+y+z+t=1, satisfying 0.25<x<0.60, 0<y<0.70, 0<z<0.70, 0≦t≦0.10, M is one or more additive elements selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W.

なお、本実施形態の前駆体は、一般式1:xMn2(CO33・yMn(OH)3、一般式2:xCo(CO32・yCo(OH)2・zH2Oおよび、一般式3:Ni4CO3(OH)6(H2O)4などで表される炭酸塩や水酸化物の混合した組成不定の化合物を含むことができる。 The precursors of this embodiment have general formula 1: xMn 2 (CO 3 ) 3 ·yMn(OH) 3 , general formula 2: xCo(CO 3 ) 2 ·yCo(OH) 2 ·zH 2 O, and General formula 3: It can contain a compound of indeterminate composition that is a mixture of carbonates and hydroxides represented by Ni 4 CO 3 (OH) 6 (H 2 O) 4 and the like.

本実施形態の前駆体を、非水系電解質二次電池の正極活物質の前駆体として用いた場合に、サイクル特性や出力特性などの電池特性をさらに向上させるために、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物には、上述のように、1種類以上の添加元素Mを添加することもできる。 When the precursor of this embodiment is used as a precursor of a positive electrode active material of a nonaqueous electrolyte secondary battery, in order to further improve battery characteristics such as cycle characteristics and output characteristics, a nickel cobalt manganese carbonate composite is used. As mentioned above, one or more types of additive elements M can also be added to the oxide.

Mg、Ca、Al、Ti、V、Fe、Cr、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素Mは、所定の物質量比tの範囲内で、二次粒子の内部に均一に分布していること、および/または二次粒子の表面を均一に被覆していることが好ましい。 One or more types of additive elements M selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Fe, Cr, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W are within a predetermined substance amount ratio t, It is preferable that the particles be uniformly distributed inside the secondary particles and/or that the surfaces of the secondary particles be uniformly coated.

ただし、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物では、添加元素Mの物質量比tが0.1を超えると、酸化還元反応(Redox反応)に貢献する金属元素が減少し、電池容量が低下する可能性がある。 However, in the nickel cobalt manganese carbonate composite, if the mass ratio t of the additive element M exceeds 0.1, the metal elements that contribute to the redox reaction will decrease, and the battery capacity may decrease. There is.

また、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物が添加元素Mを含有していない場合でも、本実施形態の前駆体を用いて作製した正極活物質は、サイクル特性や出力特性などの電池特性について、十分な特性を有している。このため、添加元素Mを含有しなくてもよい。よって、添加元素Mは、物質量比tで0≦t≦0.1の範囲内となるように調整する。 Further, even if the nickel cobalt manganese carbonate composite does not contain the additive element M, the positive electrode active material produced using the precursor of this embodiment has sufficient battery characteristics such as cycle characteristics and output characteristics. It has characteristics. Therefore, it is not necessary to contain the additive element M. Therefore, the additive element M is adjusted so that the substance amount ratio t falls within the range of 0≦t≦0.1.

また、本実施形態の前駆体は、上述の水素を含有する官能基を含むことができる。水素を含有する官能基としては、例えば水素基や、ヒドロキシル基などが挙げられる。水素を含有する官能基は、製造工程で混入するものであり、本実施形態の前駆体が含有する水素Hと、金属成分Meとの物質量比であるH/Meを1.60以上とすることで、正極活物質とした場合に多孔質な粒子とすることができる。また、H/Meを1.70以下とすることで、本実施形態の前駆体を正極活物質とした場合、正極活物質の強度を特に高くでき、形状を確実に維持することができる。 Moreover, the precursor of this embodiment can contain the above-mentioned hydrogen-containing functional group. Examples of the hydrogen-containing functional group include a hydrogen group and a hydroxyl group. The hydrogen-containing functional group is mixed in the manufacturing process, and the material ratio H/Me of hydrogen H contained in the precursor of this embodiment and the metal component Me is set to 1.60 or more. This allows the particles to be porous when used as a positive electrode active material. Further, by setting H/Me to 1.70 or less, when the precursor of this embodiment is used as a positive electrode active material, the strength of the positive electrode active material can be particularly increased, and the shape can be reliably maintained.

なお、本実施形態において、前駆体が含有する金属成分Meとは、上記の通り、上記物質量比で挙げたNi、Mn、Co、および添加元素Mが挙げられる。 In addition, in this embodiment, the metal component Me contained in the precursor includes Ni, Mn, Co, and the additive element M listed in the above substance amount ratio, as described above.

また、本実施形態の前駆体は、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物、および水素を含有する官能基以外の成分を含有することもできるが、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物、および水素を含有する官能基から構成することもできる。この場合、本実施形態の前駆体は、製造工程などでの不可避成分を含有することを排除するものではない。 Further, the precursor of the present embodiment may contain components other than the nickel cobalt manganese carbonate complex and the hydrogen-containing functional group; It can also be constructed from groups. In this case, the precursor of the present embodiment does not exclude the inclusion of unavoidable components during the manufacturing process.

[非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法(以下、単に「前駆体の製造方法」とも記載する)の一例について説明する。本実施形態の前駆体の製造方法は、晶析反応によって前駆体を得ることができ、必要に応じて得られた前駆体を洗浄および乾燥する。
[Method for producing positive electrode active material precursor for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, an example of a method for manufacturing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also simply referred to as a "method for manufacturing a precursor") of the present embodiment will be described. In the method for producing a precursor of the present embodiment, a precursor can be obtained by a crystallization reaction, and the obtained precursor is washed and dried as necessary.

具体的には、本実施形態の前駆体の製造方法は、物質量比にしてNi:Mn:Co:M=x:y:z:t(但し、x+y+z+t=1であり、0.25<x<0.60、0<y<0.70、0<z<0.70、0≦t≦0.10を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で構成されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とを有する非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法であって、以下の工程を含む。 Specifically, in the method for producing the precursor of this embodiment, Ni:Mn:Co:M=x:y:z:t (where x+y+z+t=1 and 0.25<x <0.60, 0<y<0.70, 0<z<0.70, 0≦t≦0.10, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and one or more additional elements selected from W. A method for producing a positive electrode active material precursor for a next battery, including the following steps.

炭酸イオンの存在下、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方を含有する初期水溶液と、金属成分としてニッケル(Ni)を含有する水溶液と、金属成分としてコバルト(Co)を含有する水溶液と、金属成分としてマンガン(Mn)を含有する水溶液(以下、単に「金属成分としてNiを含有する水溶液など」とも記載する)とを混合した混合水溶液において核を生成し、生成した前記核を成長させる晶析工程。 In the presence of carbonate ions, an initial aqueous solution containing at least one of an ammonium ion donor and an alkaline substance, an aqueous solution containing nickel (Ni) as a metal component, an aqueous solution containing cobalt (Co) as a metal component, and a metal Crystallization in which nuclei are generated in a mixed aqueous solution containing manganese (Mn) as a component (hereinafter also simply referred to as "aqueous solution containing Ni as a metal component, etc."), and the generated nuclei are grown. Process.

そして、本実施形態の前駆体の製造方法では、晶析工程は、前記混合水溶液のpH値を、反応温度40℃基準において9.0以下に制御し、酸素含有雰囲気下で行なう。 In the method for producing a precursor according to the present embodiment, the crystallization step is performed in an oxygen-containing atmosphere while controlling the pH value of the mixed aqueous solution to 9.0 or less based on the reaction temperature of 40°C.

図1に、本実施形態の前駆体の製造方法のフローの一例を示す。図1に示すように、本実施形態の前駆体の製造方法は、晶析工程を含む。 FIG. 1 shows an example of the flow of the method for producing a precursor according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the method for producing a precursor of this embodiment includes a crystallization step.

(1)晶析工程
図1に示すように、晶析工程では、まず、反応槽においてイオン交換水(水)と、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方とを混合し、初期水溶液を調製できる。
(1) Crystallization process As shown in Figure 1, in the crystallization process, first, ion-exchanged water (water) and at least one of an ammonium ion donor and an alkaline substance are mixed in a reaction tank to prepare an initial aqueous solution. can.

アンモニウムイオン供給体は、特に限定されるものではないが、炭酸アンモニウム水溶液、アンモニア水、塩化アンモニウム水溶液、硫酸アンモニウム水溶液から選択された1種類以上であることが好ましい。 The ammonium ion donor is not particularly limited, but is preferably one or more types selected from ammonium carbonate aqueous solution, aqueous ammonia, ammonium chloride aqueous solution, and ammonium sulfate aqueous solution.

アルカリ性物質についても、特に限定されるものではないが、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムから選択された1種類以上であることが好ましい。 The alkaline substance is also not particularly limited, but is preferably one or more selected from sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate, sodium hydroxide, and potassium hydroxide.

初期水溶液には、必要に応じて酸性の物質を添加して、反応温度40℃基準において、9.0以下となるように調整する。初期水溶液のpH値を上記範囲内とすることで、不純物が残留することを抑制できるため、不純物の残量の少ない前駆体を得ることができる。この際、初期水溶液のpH値は、5.4以上9.0以下となるように調整することが好ましく、6.4以上8.0以下となるように調整することがより好ましく、7.1以上7.4以下となるように調整することがさらに好ましい。この際のpHは、例えば、後述するpH調整水溶液を添加することで調整することができる。 If necessary, an acidic substance is added to the initial aqueous solution to adjust the reaction temperature to 9.0 or less based on the reaction temperature of 40°C. By setting the pH value of the initial aqueous solution within the above range, it is possible to suppress the impurities from remaining, thereby making it possible to obtain a precursor with a small amount of remaining impurities. At this time, the pH value of the initial aqueous solution is preferably adjusted to 5.4 or more and 9.0 or less, more preferably 6.4 or more and 8.0 or less, and 7.1 It is more preferable to adjust the value to 7.4 or less. The pH at this time can be adjusted, for example, by adding a pH adjusting aqueous solution to be described later.

晶析工程の間、混合水溶液もpH値が上記範囲内であることが好ましい。なお、晶析工程の間、混合水溶液のpH値が微変動することから、晶析工程の間の混合水溶液のpH値の最大値を晶析工程の混合水溶液のpH値とすることができる。 During the crystallization step, it is preferred that the pH value of the mixed aqueous solution is also within the above range. In addition, since the pH value of the mixed aqueous solution changes slightly during the crystallization process, the maximum value of the pH value of the mixed aqueous solution during the crystallization process can be set as the pH value of the mixed aqueous solution in the crystallization process.

なお、晶析工程の間、混合水溶液のpH値の変動幅は、例えば、中心値(設定pH値)の上下0.2以内になるように制御されていることが好ましい。これは、混合水溶液のpH値の変動幅が大きい場合には、本実施形態の前駆体が含有する粒子の成長が一定とならず、粒度分布の範囲の狭い均一な粒子が得られない場合があるからである。 In addition, during the crystallization process, it is preferable that the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution is controlled to be within 0.2 above or below the central value (set pH value), for example. This is because if the pH value of the mixed aqueous solution varies widely, the growth of particles contained in the precursor of this embodiment may not be constant, and uniform particles with a narrow particle size distribution may not be obtained. Because there is.

初期水溶液、および混合水溶液中のpH値は、公知のpH計によって測定することができる。 The pH values in the initial aqueous solution and mixed aqueous solution can be measured using a known pH meter.

酸性の物質としては、特に限定されるものではなく、例えば、硫酸などを好ましく用いることができる。なお、酸性の物質としては、初期水溶液に添加する金属成分を含有する水溶液を調製する際に用いる金属塩と同じ種類の酸を用いることが好ましい。 The acidic substance is not particularly limited, and for example, sulfuric acid or the like can be preferably used. Note that as the acidic substance, it is preferable to use the same type of acid as the metal salt used when preparing the aqueous solution containing the metal component to be added to the initial aqueous solution.

晶析工程では、反応槽内を、炭酸イオンの存在下とする。炭酸イオンの供給方法は、特に限定されるものではなく、例えば、反応槽内に後述する酸素含有ガスと共に二酸化炭素ガスを供給することで、混合水溶液に炭酸イオンを供給することができる。また、初期水溶液やpH調整水溶液を調製する際に炭酸塩を用いて、炭酸イオンを供給することもできる。 In the crystallization step, the inside of the reaction tank is placed in the presence of carbonate ions. The method for supplying carbonate ions is not particularly limited, and for example, carbonate ions can be supplied to the mixed aqueous solution by supplying carbon dioxide gas together with an oxygen-containing gas, which will be described later, into the reaction tank. Furthermore, carbonate ions can be supplied by using a carbonate when preparing the initial aqueous solution or the pH-adjusted aqueous solution.

晶析工程では、初期水溶液を調製した反応槽内に酸素含有ガスを吹き込むことにより、酸素含有雰囲気となるように雰囲気制御を行なう。その後、後述するように、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を、反応槽内に例えば一定流量で供給し、混合水溶液のpH値が所定の範囲に入るように制御している。前記金属成分は、混合水溶液中に含まれている溶存酸素や、反応槽に供給した酸素含有ガスに含まれる酸素などと反応する。これにより、炭酸塩の単一結晶ではない不定形の微細な粒子(一次粒子)が生成される。この粒子は、前駆体の核(核粒子)となる。この核粒子が凝集して成長することで、大きな二次粒子を生成する。二次粒子の粒径は、晶析工程の反応の時間により制御することができる。 In the crystallization step, the atmosphere is controlled to be an oxygen-containing atmosphere by blowing oxygen-containing gas into the reaction tank in which the initial aqueous solution has been prepared. Thereafter, as described later, an aqueous solution containing a metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, is supplied into the reaction tank at a constant flow rate, and the pH value of the mixed aqueous solution is controlled to fall within a predetermined range. are doing. The metal component reacts with dissolved oxygen contained in the mixed aqueous solution, oxygen contained in the oxygen-containing gas supplied to the reaction tank, and the like. This produces irregularly shaped fine particles (primary particles) that are not single carbonate crystals. This particle becomes the nucleus (nucleus particle) of the precursor. These core particles aggregate and grow, producing large secondary particles. The particle size of the secondary particles can be controlled by the reaction time of the crystallization step.

また、酸素含有ガスを吹き込むことにより、不活性ガス雰囲気の場合と比較して、前駆体に対して水素を含有する官能基を混入しやすくすることができる。これにより、得られる前駆体は、含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを1.60以上とすることができる。 Furthermore, by blowing in an oxygen-containing gas, it is possible to more easily mix hydrogen-containing functional groups into the precursor than in the case of an inert gas atmosphere. Thereby, the obtained precursor can have a substance amount ratio of H/Me of the hydrogen H contained and the metal component Me contained, of 1.60 or more.

酸素含有ガスとしては、例えば、空気など酸素を含有する各種ガスを用いることができる。 As the oxygen-containing gas, for example, various oxygen-containing gases such as air can be used.

反応槽内に酸素含有ガスを供給する場合、該酸素含有ガスの供給量は、混合水溶液中の溶存酸素濃度を測定することで確認することができる。晶析工程中に混合水溶液中の溶存酸素が消費されるため、混合水溶液中の溶存酸素量が飽和量の半分以上であれば、反応に十分な酸素が供給できていることになる。 When supplying oxygen-containing gas into the reaction tank, the amount of oxygen-containing gas supplied can be confirmed by measuring the dissolved oxygen concentration in the mixed aqueous solution. Since dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is consumed during the crystallization process, if the amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is half or more of the saturated amount, it means that sufficient oxygen is being supplied for the reaction.

混合水溶液中の溶存酸素量は、公知の溶存酸素計などによって測定することができる。 The amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution can be measured using a known dissolved oxygen meter.

晶析工程では、初期水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加している間も、継続して反応槽内に酸素含有ガスを供給してもよい。 In the crystallization step, oxygen-containing gas may be continuously supplied into the reaction tank even while an aqueous solution containing a metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, is added to the initial aqueous solution.

次に、晶析工程では、反応槽内で、初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などの前記金属成分を含有する水溶液を添加して混合する。これにより、前記金属成分を含有する初期水溶液中に前駆体の核(核粒子)となる微細な粒子(一次粒子)を生成する。この結果、核粒子となる一次粒子を含む混合水溶液が得られる。所定量の核粒子が生成したか否かは、混合水溶液に含まれる金属塩の量によって判断することができる。 Next, in the crystallization step, an aqueous solution containing the metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, is added to the initial aqueous solution and mixed. As a result, fine particles (primary particles) that become the core (core particles) of the precursor are generated in the initial aqueous solution containing the metal component. As a result, a mixed aqueous solution containing primary particles serving as core particles is obtained. Whether or not a predetermined amount of core particles have been generated can be determined based on the amount of metal salt contained in the mixed aqueous solution.

初期水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加する際、得られる混合水溶液のpH値は、上述のように、所定の範囲に制御されていることが好ましい。このため、前記金属成分を含有する水溶液は、一度に添加するのではなく、初期水溶液に徐々に滴下することが好ましい。これにより、前記金属成分を含有する溶液、または後述する金属成分含有混合水溶液などは、例えば、反応槽に一定流量となるように供給することができる。 When adding an aqueous solution containing a metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, to the initial aqueous solution, the pH value of the resulting mixed aqueous solution is preferably controlled within a predetermined range as described above. For this reason, it is preferable that the aqueous solution containing the metal component is not added all at once, but gradually dropped into the initial aqueous solution. Thereby, the solution containing the metal component or the metal component-containing mixed aqueous solution described below can be supplied to the reaction tank at a constant flow rate, for example.

また、混合水溶液のpHが所定の範囲内に維持できるように、前記金属成分を含有する水溶液、または後述する金属成分含有混合水溶液を供給する際、pH調整水溶液もあわせて滴下することが好ましい。pH調整水溶液としては、特に限定されないが、例えば、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方を含有する水溶液を用いることができる。pH調整水溶液を反応槽内に供給する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、得られた混合水溶液を十分に撹拌しながら、定量ポンプなどの流量制御が可能なポンプで、混合水溶液のpH値が所定の範囲に保持されるように、添加すればよい。 Further, in order to maintain the pH of the mixed aqueous solution within a predetermined range, when supplying the aqueous solution containing the metal component or the mixed aqueous solution containing the metal component described below, it is preferable that a pH adjusting aqueous solution is also added dropwise. The pH-adjusting aqueous solution is not particularly limited, but for example, an aqueous solution containing at least one of an ammonium ion donor and an alkaline substance can be used. The method of supplying the pH-adjusted aqueous solution into the reaction tank is not particularly limited. For example, while sufficiently stirring the resulting mixed aqueous solution, the mixed aqueous solution is supplied with a pump capable of controlling the flow rate, such as a metering pump. It may be added so that the pH value is maintained within a predetermined range.

ここで、晶析工程において、初期水溶液に添加する、前記金属成分を含有する水溶液中の、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてCoを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とについて説明する。 Here, in the crystallization step, the aqueous solution containing Ni as a metal component, the aqueous solution containing Co as a metal component, and the aqueous solution containing Mn as a metal component in the aqueous solution containing the metal component added to the initial aqueous solution. The aqueous solution will be explained.

金属成分としてNiを含有する水溶液、金属成分としてCoを含有する水溶液、および金属成分としてMnを含有する水溶液は、各金属成分を含有する金属化合物を含有することができる。例えば、金属成分としてMnを含有する水溶液であれば、マンガンを含有する金属化合物を含むことができる。 The aqueous solution containing Ni as a metal component, the aqueous solution containing Co as a metal component, and the aqueous solution containing Mn as a metal component can contain metal compounds containing each metal component. For example, an aqueous solution containing Mn as a metal component can contain a metal compound containing manganese.

金属化合物としては、水溶性の金属化合物を用いることが好ましく、水溶性の金属化合物としては、硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩などが挙げられる。具体的には、例えば、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンなどを好適に用いることができる。 As the metal compound, it is preferable to use a water-soluble metal compound, and examples of the water-soluble metal compound include nitrates, sulfates, and hydrochlorides. Specifically, for example, nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, etc. can be suitably used.

これらの、金属成分としてNiを含有する水溶液、金属成分としてCoを含有する水溶液、および金属成分としてMnを含有する水溶液は、予め、一部または全部を混合し、金属成分含有混合水溶液として、初期水溶液に添加してもよい。 These aqueous solutions containing Ni as a metal component, Co as a metal component, and Mn as a metal component are mixed in part or in whole in advance to form an initial mixed aqueous solution containing a metal component. It may also be added to an aqueous solution.

得られる前駆体中の各金属の組成比は、金属成分含有混合水溶液中の各金属の組成比と同様となる。このため、晶析工程で初期水溶液に添加する金属成分含有混合水溶液に含まれる各金属の組成比は、生成する前駆体における各金属の組成比と等しくなるように、例えば、溶解する金属化合物の割合を調整して、金属成分含有混合水溶液を調製することが好ましい。 The composition ratio of each metal in the obtained precursor is the same as the composition ratio of each metal in the metal component-containing mixed aqueous solution. For this reason, the composition ratio of each metal contained in the metal component-containing mixed aqueous solution added to the initial aqueous solution in the crystallization step is adjusted to be equal to the composition ratio of each metal in the precursor to be produced, for example, It is preferable to prepare a metal component-containing mixed aqueous solution by adjusting the ratio.

なお、複数の金属化合物を混合することで、特定の金属化合物同士が反応して不要な化合物が生成される場合などには、それぞれの金属成分を含有する水溶液を所定の割合で同時に初期水溶液に添加してもよい。 In addition, when mixing multiple metal compounds, if certain metal compounds react with each other and create unnecessary compounds, add aqueous solutions containing each metal component to the initial aqueous solution at the same time in a predetermined ratio. May be added.

各金属成分を含有する水溶液を混合せず、個別に初期水溶液に添加してもよい。この場合、添加する金属成分を含有する水溶液全体で、水溶液中に含まれる各金属成分の組成比が生成する前駆体における各金属成分の組成比と等しくなるように、各金属成分を含有する水溶液を調製することが好ましい。 The aqueous solutions containing each metal component may be added individually to the initial aqueous solution without being mixed. In this case, in the entire aqueous solution containing the metal components to be added, the aqueous solution containing each metal component is adjusted so that the composition ratio of each metal component contained in the aqueous solution is equal to the composition ratio of each metal component in the precursor to be generated. It is preferable to prepare

本実施形態の前駆体の製造方法により製造される前駆体は、上述のように、物質量比にしてNi:Mn:Co:M=x:y:z:t(但し、x+y+z+t=1であり、0.25<x<0.60、0<y<0.70、0<z<0.70、0≦t≦0.10を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で構成されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とを有する。 As described above, the precursor produced by the precursor production method of this embodiment has a material ratio of Ni:Mn:Co:M=x:y:z:t (where x+y+z+t=1). , 0.25<x<0.60, 0<y<0.70, 0<z<0.70, 0≦t≦0.10, and M is Mg, Ca, Al, Ti, V, one or more types of additive elements selected from Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W); a nickel cobalt manganese carbonate composite consisting of a hydrogen-containing functional group; has.

すなわち、本実施形態の前駆体は、Ni、Mn、およびCo以外に、添加元素Mをさらに含有することもできる。 That is, the precursor of the present embodiment may further contain an additive element M in addition to Ni, Mn, and Co.

このため、晶析工程では、必要に応じて、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素Mを含む水溶液(以下、単に「添加元素Mを含む水溶液」とも記載する)も初期水溶液に添加することができる。 Therefore, in the crystallization step, one or more additive elements M selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W are added as necessary. (hereinafter also simply referred to as "aqueous solution containing additive element M") can also be added to the initial aqueous solution.

なお、金属成分としてNiを含有する水溶液などを混合して金属成分含有混合水溶液とした後、金属成分含有混合水溶液を初期水溶液に添加する場合、添加元素Mを含む水溶液を添加した前記金属成分含有混合水溶液を初期水溶液に添加してもよい。 In addition, when adding the metal component-containing mixed aqueous solution to the initial aqueous solution after mixing an aqueous solution containing Ni as a metal component to form a metal component-containing mixed aqueous solution, the metal component-containing aqueous solution containing the additive element M is added. A mixed aqueous solution may be added to the initial aqueous solution.

また、金属成分としてNiを含有する水溶液などをそれぞれ個別に初期水溶液に添加する場合、前記添加元素Mを含む水溶液を個別に初期水溶液に添加してもよい。 Furthermore, when aqueous solutions containing Ni as a metal component are individually added to the initial aqueous solution, an aqueous solution containing the additive element M may be individually added to the initial aqueous solution.

ここで、添加元素Mを含む水溶液は、例えば、添加元素Mを含有する化合物を用いて調製できる。そして、添加元素Mを含有する化合物としては、例えば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸鉄、硫酸銅、硫酸亜鉛、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、またはタングステン酸アンモニウムなどが挙げられ、添加する元素にあわせて化合物を選択することができる。 Here, the aqueous solution containing the additive element M can be prepared using a compound containing the additive element M, for example. Examples of compounds containing the additive element M include magnesium sulfate, calcium sulfate, sodium aluminate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, potassium titanium oxalate, vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, and potassium chromate. , iron sulfate, copper sulfate, zinc sulfate, zirconium sulfate, zirconium nitrate, niobium oxalate, ammonium molybdate, sodium tungstate, or ammonium tungstate, and the compound can be selected according to the element to be added. .

上述のように、添加元素Mは、前駆体が含有する核粒子の内部に均一に分布および/または核粒子の表面に均一に被覆されていることが好ましい。 As mentioned above, it is preferable that the additive element M is uniformly distributed inside the core particle contained in the precursor and/or uniformly coated on the surface of the core particle.

そして、前駆体粒子含有水溶液に、上述した添加元素Mを含む水溶液を添加することで、前駆体が含有する核粒子の内部に添加元素Mを均一に分散させることができる。 Then, by adding the above-mentioned aqueous solution containing the additive element M to the precursor particle-containing aqueous solution, the additive element M can be uniformly dispersed inside the core particles contained in the precursor.

また、前駆体の二次粒子の表面を、添加元素Mで均一に被覆するためには、例えば、晶析工程の終了後、添加元素Mで被覆する被覆工程を行なうことができる。被覆工程については後述する。 Further, in order to uniformly coat the surface of the secondary particles of the precursor with the additive element M, for example, after the crystallization process is completed, a coating process of coating the secondary particles with the additive element M can be performed. The coating process will be described later.

混合水溶液の温度は、20℃以上に維持することが好ましく、30℃以上に維持することがより好ましい。なお、混合水溶液の温度の上限は特に限定されないが、例えば、70℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましい。これは、晶析工程における、混合水溶液の温度が20℃未満の場合には、溶解度が低いため、核発生が起こり易く、制御が難しくなる場合があるからである。一方、晶析工程における、混合水溶液の温度が70℃を超えると、一次結晶に歪が生じ、タップ密度が低くなる可能性があるからである。 The temperature of the mixed aqueous solution is preferably maintained at 20°C or higher, more preferably 30°C or higher. Note that the upper limit of the temperature of the mixed aqueous solution is not particularly limited, but for example, it is preferably 70°C or lower, and more preferably 50°C or lower. This is because if the temperature of the mixed aqueous solution in the crystallization step is less than 20° C., the solubility is low, so nucleation is likely to occur and control may become difficult. On the other hand, if the temperature of the mixed aqueous solution in the crystallization step exceeds 70° C., distortion may occur in the primary crystals and the tap density may become low.

晶析工程における、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、特に限定されないが、例えば、0g/L以上20g/L以下であることが好ましく、特に一定値に保たれていることが好ましい。アンモニウムイオンの濃度を20g/L以下とすることで、前駆体の核(核粒子)である微細な粒子(一次粒子)を均質に成長させることができる。また、アンモニウムイオン濃度が一定値に保持されていることで、金属イオンの溶解度を安定させることができ、均一な前駆体の核(核粒子)の粒子成長を促進できる。 The ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution in the crystallization step is not particularly limited, but is preferably, for example, 0 g/L or more and 20 g/L or less, and particularly preferably kept at a constant value. By setting the concentration of ammonium ions to 20 g/L or less, fine particles (primary particles) that are the nucleus (nucleus particle) of the precursor can be grown homogeneously. Furthermore, by keeping the ammonium ion concentration at a constant value, the solubility of metal ions can be stabilized, and uniform particle growth of the precursor nucleus (nucleus particle) can be promoted.

なお、アンモニウムイオン濃度の下限値は、必要に応じて適宜調整することができ、特に限定されない。従って、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、例えば、初期水溶液やpH調整水溶液に、アンモニウムイオン供給体を用い、その供給量を調整することにより、0g/L以上20g/L以下となるように調節することが好ましい。 Note that the lower limit of the ammonium ion concentration can be adjusted as necessary and is not particularly limited. Therefore, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution can be adjusted to 0 g/L or more and 20 g/L or less, for example, by using an ammonium ion donor in the initial aqueous solution or the pH-adjusted aqueous solution and adjusting the supply amount. It is preferable to do so.

前駆体粒子含有水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、公知のイオンメータなどによって測定することができる。 The ammonium ion concentration in the precursor particle-containing aqueous solution can be measured using a known ion meter or the like.

金属成分含有混合水溶液などの初期水溶液への添加が終了することで、混合水溶液は、十分に成長した前駆体粒子を含む前駆体粒子含有水溶液とすることができる。 By completing the addition to the initial aqueous solution such as the metal component-containing mixed aqueous solution, the mixed aqueous solution can be turned into a precursor particle-containing aqueous solution containing sufficiently grown precursor particles.

このように、晶析工程では、前駆体粒子含有水溶液の中に前駆体の核(核粒子)である微細な粒子(一次粒子)を生成し、成長させることができる。そして、核粒子が所望の粒径に成長するまで晶析工程を継続して行い、核粒子を成長させることで、所望の粒径の、多孔質な二次粒子を有する前駆体を得ることができる。 In this way, in the crystallization step, fine particles (primary particles) that are the cores (nucleus particles) of the precursor can be generated and grown in the aqueous solution containing the precursor particles. Then, by continuing to perform the crystallization step until the core particles grow to a desired particle size, and growing the core particles, it is possible to obtain a precursor having porous secondary particles of the desired particle size. can.

また、前駆体である、多孔質な二次粒子の表面を、添加元素Mで均一に被覆するためには、例えば、晶析工程の終了後、添加元素Mで被覆する被覆工程を行なうようにしてもよい。被覆工程については、後述する。 In addition, in order to uniformly coat the surface of the porous secondary particles, which are the precursors, with the additive element M, for example, after the crystallization process is completed, a coating process of coating with the additive element M is performed. You can. The coating process will be described later.

(晶析工程の他の態様)
本実施形態の前駆体の製造方法では、図1に示すように、晶析工程は、一つの工程で構成されているが、これに限定されない。例えば、晶析工程は、核生成工程と粒子成長工程とを含むこともできる。
(Other aspects of crystallization process)
In the precursor manufacturing method of this embodiment, as shown in FIG. 1, the crystallization step consists of one step, but the method is not limited thereto. For example, the crystallization step can also include a nucleation step and a particle growth step.

具体的には、本実施形態の前駆体の製造方法では、晶析工程は、以下の工程を含むことができる。
炭酸イオンの存在下、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方を含有する初期水溶液と、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてCoを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とを混合した混合水溶液において核を生成する核生成工程。
前記核生成工程で生成した前記核を成長させる粒子成長工程。
Specifically, in the precursor manufacturing method of this embodiment, the crystallization step can include the following steps.
In the presence of carbonate ions, an initial aqueous solution containing at least one of an ammonium ion donor and an alkaline substance, an aqueous solution containing Ni as a metal component, an aqueous solution containing Co as a metal component, and an aqueous solution containing Mn as a metal component. A nucleation process in which nuclei are generated in a mixed aqueous solution mixed with an aqueous solution.
A particle growth step of growing the nucleus generated in the nucleation step.

核生成工程は、混合水溶液のpH値を、反応温度40℃基準において7.5以下に制御し、酸素含有雰囲気下で行なうことが好ましい。 The nucleation step is preferably carried out in an oxygen-containing atmosphere by controlling the pH value of the mixed aqueous solution to 7.5 or less based on the reaction temperature of 40°C.

図2に、本実施形態の前駆体の製造方法のフローの他の一例を示す。図2に示すように、本実施形態の前駆体の製造方法において、晶析工程は、核生成工程と、核生成工程を行った後、前駆体の粒子を共沈法により生成させる粒子成長工程とを含む。核生成工程では、主として核生成反応が生じる工程であり、粒子成長工程は、主として粒子成長反応が生じる工程である。晶析工程が、核生成工程と粒子成長工程とを有することにより、より狭い粒度分布を持つ前駆体の粒子を得ることができる。 FIG. 2 shows another example of the flow of the method for producing a precursor according to this embodiment. As shown in FIG. 2, in the method for producing a precursor of the present embodiment, the crystallization step includes a nucleation step and a particle growth step in which particles of the precursor are generated by coprecipitation after the nucleation step. including. The nucleation step is a step in which a nucleation reaction mainly occurs, and the particle growth step is a step in which a particle growth reaction mainly occurs. When the crystallization step includes a nucleation step and a particle growth step, precursor particles having a narrower particle size distribution can be obtained.

以下、図2に示す本実施形態の前駆体の製造方法の各工程について、具体的に説明する。なお、図1に示す本実施形態の前駆体の製造方法の晶析工程と共通する内容については、一部説明を省略する。 Each step of the method for producing a precursor according to the present embodiment shown in FIG. 2 will be specifically described below. Note that some descriptions of the contents common to the crystallization step of the precursor manufacturing method of this embodiment shown in FIG. 1 will be omitted.

(1-1)核生成工程
核生成工程について、図2を参照して説明する。図2に示すように、核生成工程ではまず、反応槽においてイオン交換水(水)と、アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質の少なくとも一方とを混合し、初期水溶液を調製できる。
(1-1) Nucleation process The nucleation process will be explained with reference to FIG. 2. As shown in FIG. 2, in the nucleation step, first, ion-exchanged water (water) and at least one of an ammonium ion donor and an alkaline substance are mixed in a reaction tank to prepare an initial aqueous solution.

アンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質は、既述の晶析工程の場合と同様のアンモニウムイオン供給体およびアルカリ性物質を好適に用いることができる。 As the ammonium ion donor and alkaline substance, the same ammonium ion donor and alkaline substance as in the case of the crystallization step described above can be suitably used.

核生成工程では、初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加した混合水溶液について、後述する粒子成長工程よりも低いpH値に維持することが好ましい。これは、混合水溶液のpH値を低く維持することで、混合水溶液内の核を小さく、かつ数を増やすことができ、得られる前駆体に含まれる二次粒子の粒子径を小さくすることが可能になるからである。 In the nucleation step, the mixed aqueous solution obtained by adding an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component to the initial aqueous solution is preferably maintained at a lower pH value than in the particle growth step described below. By keeping the pH value of the mixed aqueous solution low, the number of nuclei in the mixed aqueous solution can be reduced and the number can be increased, making it possible to reduce the particle size of the secondary particles contained in the resulting precursor. This is because it becomes

そこで、初期水溶液には必要に応じて酸性の物質を添加してpH値を7.5以下に調整することが好ましく、5.4以上7.5以下に調整することがより好ましく、6.4以上7.4以下に調整することがさらに好ましい。pH値は、6.4以上7.0以下に調整することが特に好ましい。 Therefore, it is preferable to add an acidic substance to the initial aqueous solution to adjust the pH value to 7.5 or less, more preferably 5.4 or more and 7.5 or less, and 6.4 It is more preferable to adjust it to 7.4 or less. It is particularly preferable to adjust the pH value to 6.4 or more and 7.0 or less.

核生成工程の間、混合水溶液もpH値が上記範囲にあることが好ましい。核生成工程の間には、混合水溶液のpH値が微変動することから、核生成工程の間の混合水溶液のpH値の最大値を核生成工程の混合水溶液のpH値とすることができる。 During the nucleation step, it is preferred that the pH value of the mixed aqueous solution is also within the above range. Since the pH value of the mixed aqueous solution varies slightly during the nucleation step, the maximum value of the pH value of the mixed aqueous solution during the nucleation step can be set as the pH value of the mixed aqueous solution in the nucleation step.

なお、核生成工程の間、混合水溶液のpH値は、例えば、中心値(設定pH値)の上下0.2以内に制御されていることが好ましい。 Note that during the nucleation step, the pH value of the mixed aqueous solution is preferably controlled within 0.2 above or below the central value (set pH value), for example.

酸性の物質については、上述の晶析工程で説明した酸性の物質を好適に用いることができる。 As for the acidic substance, the acidic substance explained in the above-mentioned crystallization step can be suitably used.

核生成工程では、初期水溶液を調製した反応槽内に酸素含有ガスを吹き込み、雰囲気制御を行った後、上述の金属成分を含有する水溶液を例えば一定流量で供給し、混合水溶液のpH値を所定の範囲に入るように制御できる。これにより、混合水溶液中に含まれている溶存酸素や、反応槽に供給した酸素含有ガスに含まれる酸素などと反応し炭酸塩の単一結晶ではない不定形の微細な粒子が生成される。また、酸素含有ガスを吹き込むことにより、不活性ガス雰囲気の場合と比較して前駆体に対して水素を含有する官能基を混入し易くすることができる。これにより、得られる前駆体が含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを1.60以上とすることができる。 In the nucleation step, an oxygen-containing gas is blown into the reaction tank in which the initial aqueous solution has been prepared, the atmosphere is controlled, and then the aqueous solution containing the metal component described above is supplied at a constant flow rate to adjust the pH value of the mixed aqueous solution to a predetermined value. can be controlled to fall within the range of This reacts with dissolved oxygen contained in the mixed aqueous solution, oxygen contained in the oxygen-containing gas supplied to the reaction tank, and amorphous fine particles, which are not single crystals of carbonate, are generated. Furthermore, by blowing in an oxygen-containing gas, it is possible to more easily mix hydrogen-containing functional groups into the precursor than in the case of an inert gas atmosphere. Thereby, H/Me, which is the ratio of the amount of hydrogen H contained in the obtained precursor to the metal component Me contained, can be set to 1.60 or more.

なお、核生成工程では、初期水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加している間も継続して反応槽内に酸素含有ガスを供給することもできる。 In addition, in the nucleation step, the oxygen-containing gas may be continuously supplied into the reaction tank while an aqueous solution containing a metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, is added to the initial aqueous solution.

反応槽内に酸素含有ガスを供給する場合、該酸素含有ガスの供給量は、混合水溶液中の溶存酸素濃度を測定することで確認することができる。核生成工程中に混合水溶液中の溶存酸素が消費されるため、混合水溶液中の溶存酸素量が飽和量の半分以上であれば、反応に十分な酸素が供給できていることになる。 When supplying oxygen-containing gas into the reaction tank, the amount of oxygen-containing gas supplied can be confirmed by measuring the dissolved oxygen concentration in the mixed aqueous solution. Since dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is consumed during the nucleation process, if the amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is more than half of the saturated amount, it means that sufficient oxygen is being supplied for the reaction.

酸素含有ガスとしては、例えば、空気など酸素を含有する各種ガスを用いることができる。 As the oxygen-containing gas, for example, various oxygen-containing gases such as air can be used.

核生成工程では、反応槽内で初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてCoを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とを添加して混合することで、混合水溶液を形成することができる。 In the nucleation step, an aqueous solution containing Ni as a metal component, an aqueous solution containing Co as a metal component, and an aqueous solution containing Mn as a metal component are added and mixed to the initial aqueous solution in a reaction tank. , a mixed aqueous solution can be formed.

なお、初期水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などを添加する際、得られる混合水溶液のpH値は、反応温度40℃基準において、7.5以下に制御されていることが好ましく、7.4以下に制御されていることがより好ましく、7.0以下に制御されていることがさらに好ましい。このため、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液は、一度に添加するのではなく、初期水溶液に徐々に滴下することが好ましい。 Note that when adding an aqueous solution containing Ni as a metal component to the initial aqueous solution, the pH value of the resulting mixed aqueous solution is preferably controlled to 7.5 or less based on the reaction temperature of 40°C. It is more preferable to control it to 4 or less, and even more preferably to control it to 7.0 or less. For this reason, it is preferable that an aqueous solution containing a metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, is not added all at once, but is gradually dropped into the initial aqueous solution.

また、混合水溶液のpHを制御するため、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を滴下するのに合わせて、pH調整水溶液もあわせて滴下することができる。pH調整水溶液は、既述の晶析工程の場合と同様のpH調整水溶液を好適に用いることができる。 Further, in order to control the pH of the mixed aqueous solution, a pH adjusting aqueous solution can be added dropwise at the same time as an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component. As the pH-adjusted aqueous solution, the same pH-adjusted aqueous solution as in the crystallization step described above can be suitably used.

そして、上述のように初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加することで得られた、混合水溶液の中で前駆体の核(核粒子)となる微細な粒子(一次粒子)を生成できる。混合水溶液中に所定量の核粒子が生成したか否かは、混合水溶液に含まれる金属塩の量によって判断することができる。 Then, as mentioned above, the nucleus of the precursor (nucleus particle) becomes in the mixed aqueous solution obtained by adding an aqueous solution containing a metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, to the initial aqueous solution. Can generate fine particles (primary particles). Whether or not a predetermined amount of core particles have been generated in the mixed aqueous solution can be determined based on the amount of metal salt contained in the mixed aqueous solution.

核生成工程で初期水溶液に添加する、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてCoを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とについては、既述の晶析工程の場合と同様の金属成分としてNiを含有する水溶液などを好適に用いることができる。 Regarding the aqueous solution containing Ni as a metal component, the aqueous solution containing Co as a metal component, and the aqueous solution containing Mn as a metal component, which are added to the initial aqueous solution in the nucleation step, in the case of the crystallization step described above. An aqueous solution containing Ni as a metal component similar to the above can be suitably used.

上述のように、本実施形態の前駆体の製造方法により製造された前駆体は、物質量比にしてNi:Mn:Co:M=x:y:z:t(但し、x+y+z+t=1であり、0.25<x<0.60、0<y<0.70、0<z<0.70、0≦t≦0.10を満たし、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で構成されるニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物と、水素を含有する官能基とを有する。 As described above, the precursor manufactured by the precursor manufacturing method of the present embodiment has a material amount ratio of Ni:Mn:Co:M=x:y:z:t (however, x+y+z+t=1 and , 0.25<x<0.60, 0<y<0.70, 0<z<0.70, 0≦t≦0.10, and M is Mg, Ca, Al, Ti, V, one or more types of additive elements selected from Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W); a nickel cobalt manganese carbonate composite consisting of a hydrogen-containing functional group; has.

すなわち、Ni、Mn、およびCo以外に、添加元素Mをさらに含有することもできる。 That is, in addition to Ni, Mn, and Co, an additional element M may be further contained.

このため、核生成工程では、必要に応じて、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素Mを含む水溶液(添加元素Mを含む水溶液)も初期水溶液に添加することができる。添加元素Mを含む水溶液、および添加元素Mを含む水溶液の初期水溶液への添加方法については、既述の晶析工程の場合と同様の方法を用いることができる。 Therefore, in the nucleation step, one or more additive elements M selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W are added as necessary. (an aqueous solution containing the additive element M) can also be added to the initial aqueous solution. Regarding the aqueous solution containing the additive element M and the method of adding the aqueous solution containing the additive element M to the initial aqueous solution, the same method as in the crystallization step described above can be used.

上述のように、添加元素Mは、前駆体が含有する核粒子の内部に均一に分布および/または核粒子の表面を均一に被覆されていることが好ましい。 As mentioned above, it is preferable that the additive element M is uniformly distributed inside the core particle contained in the precursor and/or that the surface of the core particle is uniformly coated.

混合水溶液に、上述した添加元素Mを含む水溶液を添加することで、添加元素Mを、前駆体が含有する核粒子の内部に均一に分散させることができる。 By adding the aqueous solution containing the above-mentioned additive element M to the mixed aqueous solution, the additive element M can be uniformly dispersed inside the core particles contained in the precursor.

また、前駆体の二次粒子の表面を、添加元素Mで均一に被覆するためには、例えば、後述する粒子成長工程の終了後、添加元素Mで被覆する被覆工程を行なうようにしてもよい。被覆工程については、後述する。 Further, in order to uniformly coat the surface of the secondary particles of the precursor with the additive element M, for example, a coating step of coating with the additive element M may be performed after the particle growth step described below is completed. . The coating process will be described later.

また、核生成工程では、図1に示す本実施形態の前駆体の製造方法の晶析工程と同様、炭酸イオンの存在下、初期水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などを添加して混合し、混合水溶液とし、該混合水溶液において、核を生成することができる。 In addition, in the nucleation step, as in the crystallization step of the precursor manufacturing method of the present embodiment shown in FIG. 1, an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the initial aqueous solution in the presence of carbonate ions. They are mixed to form a mixed aqueous solution, and nuclei can be generated in the mixed aqueous solution.

この際、炭酸イオンの供給方法は、特に限定されるものではなく、例えば、反応槽内に後述する酸素含有ガスと共に二酸化炭素ガスを供給することで、混合水溶液に炭酸イオンを供給することができる。また、初期水溶液やpH調整水溶液を調製する際に炭酸塩を用いて、炭酸イオンを供給することもできる。 At this time, the method of supplying carbonate ions is not particularly limited, and for example, carbonate ions can be supplied to the mixed aqueous solution by supplying carbon dioxide gas together with the oxygen-containing gas described below into the reaction tank. . Furthermore, carbonate ions can be supplied by using a carbonate when preparing the initial aqueous solution or the pH-adjusted aqueous solution.

核生成工程における、混合水溶液の温度は、20℃以上に維持することが好ましく、30℃以上に維持することがより好ましい。なお、核生成工程における混合水溶液の温度の上限は特に限定されないが、例えば、70℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましい。これは、核生成工程における、混合水溶液の温度が20℃未満の場合には、溶解度が低いため、核発生が起こり易く、制御が難しくなる場合があるからである。一方、核生成工程における、混合水溶液の温度が70℃を超えると、一次結晶に歪が生じタップ密度が低くなる可能性があるからである。 The temperature of the mixed aqueous solution in the nucleation step is preferably maintained at 20°C or higher, more preferably 30°C or higher. Note that the upper limit of the temperature of the mixed aqueous solution in the nucleation step is not particularly limited, but is preferably, for example, 70°C or lower, more preferably 50°C or lower. This is because if the temperature of the mixed aqueous solution in the nucleation step is less than 20° C., the solubility is low, so nucleation is likely to occur and control may become difficult. On the other hand, if the temperature of the mixed aqueous solution in the nucleation step exceeds 70° C., distortion may occur in the primary crystal and the tap density may decrease.

核生成工程における、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度の範囲は、例えば、既述の晶析工程の場合と同様の範囲とすることが好ましい。混合水溶液中のpH値、アンモニウムイオン濃度、および溶存酸素量の測定方法については、既述の晶析工程の場合と同様の方法を好適に用いることができる。 The ammonium ion concentration range in the mixed aqueous solution in the nucleation step is preferably, for example, the same range as in the crystallization step described above. Regarding the method of measuring the pH value, ammonium ion concentration, and amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution, the same method as in the case of the crystallization step described above can be suitably used.

核生成工程終了後、すなわち、金属成分含有混合水溶液などの、初期水溶液への添加が終了した後、混合水溶液への撹拌を継続し、生成した核の解砕を行うことが好ましい(核解砕工程)。核解砕工程を行なう場合、その時間は1分以上行うことが好ましく、3分以上がさらに好ましい。核解砕工程を行なうことで、生成した核が凝集したり、粒径の粗大化と粒子内部の密度低下をより確実に抑制することができる。 After the nucleation process is completed, that is, after the addition of the metal component-containing mixed aqueous solution to the initial aqueous solution, it is preferable to continue stirring the mixed aqueous solution and disintegrate the generated nuclei (nuclear disintegration). process). When performing the nuclear disintegration step, the time is preferably 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more. By performing the nuclear disintegration step, it is possible to more reliably suppress agglomeration of generated nuclei, coarsening of particle size, and decrease in density inside the particles.

(1-2)粒子成長工程
次に、粒子成長工程について、図2を用いて説明する。粒子成長工程では、核生成工程で生成した核を成長させることができる。具体的には、例えば、図2に示すように、粒子成長工程では、まず核生成工程で得られた混合水溶液のpH値を調整することができる。
(1-2) Particle Growth Process Next, the particle growth process will be explained using FIG. 2. In the particle growth step, the nuclei generated in the nucleation step can be grown. Specifically, for example, as shown in FIG. 2, in the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution obtained in the nucleation step can be adjusted first.

この際、混合水溶液のpH値は、例えば、反応温度40℃基準において6.0以上9.0以下となるように調整することができる。混合水溶液のpH値を6.0以上9.0以下とすることで、不純物カチオンが残留することを抑制できる。混合水溶液のpH値は、6.4以上8.0以下となるように調整することがより好ましく、7.1以上8.0以下となるように調整することがさらに好ましい。この際のpHは、例えば、上述のpH調整水溶液を添加することで調整することができる。 At this time, the pH value of the mixed aqueous solution can be adjusted to, for example, 6.0 or more and 9.0 or less based on the reaction temperature of 40°C. By setting the pH value of the mixed aqueous solution to 6.0 or more and 9.0 or less, it is possible to suppress the impurity cations from remaining. The pH value of the mixed aqueous solution is more preferably adjusted to 6.4 or more and 8.0 or less, and even more preferably adjusted to 7.1 or more and 8.0 or less. The pH at this time can be adjusted, for example, by adding the above-mentioned pH adjusting aqueous solution.

なお、粒子成長工程の間、混合水溶液のpH値が微変動することから、粒子成長工程の間の混合水溶液のpH値の最大値を粒子成長工程の混合水溶液のpH値とすることができ、該混合水溶液のpH値が上記範囲にあることが好ましい。 In addition, since the pH value of the mixed aqueous solution changes slightly during the particle growth process, the maximum value of the pH value of the mixed aqueous solution during the particle growth process can be taken as the pH value of the mixed aqueous solution in the particle growth process, It is preferable that the pH value of the mixed aqueous solution is within the above range.

特に、粒子成長工程の間、混合水溶液のpH値の変動幅は、中心値(設定pH値)の上下0.2以内になるように制御することが好ましい。これは、混合水溶液のpH値の変動幅が大きい場合には、前駆体が含有する粒子の成長が一定とならず、粒度分布の範囲の狭い均一な粒子が得られない場合があるからである。 In particular, during the particle growth process, it is preferable to control the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution so that it is within 0.2 above and below the central value (set pH value). This is because if the pH value of the mixed aqueous solution fluctuates widely, the growth of the particles contained in the precursor will not be constant, and uniform particles with a narrow particle size distribution range may not be obtained. .

そして、粒子成長工程は、核生成工程後の混合水溶液に、炭酸イオンの存在下、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてCoを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とを添加して混合する工程とすることができる。 In the particle growth step, in the presence of carbonate ions, an aqueous solution containing Ni as a metal component, an aqueous solution containing Co as a metal component, and an aqueous solution containing Mn as a metal component are added to the mixed aqueous solution after the nucleation step. It can be a step of adding and mixing.

なお、ここでの核生成工程後の混合水溶液とは、上述のように、核生成工程後、pHを調整した混合水溶液であることが好ましい。 Note that the mixed aqueous solution after the nucleation step here is preferably a mixed aqueous solution whose pH has been adjusted after the nucleation step, as described above.

また、金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてCoを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とは、核生成工程の場合と同様に、一部または全部を混合し、金属成分含有混合水溶液として、混合水溶液に添加してもよい。また、複数の金属化合物を混合することで、特定の金属化合物同士が反応して不要な化合物が生成される場合などには、それぞれの金属成分を含有する水溶液を個別に混合水溶液に添加してもよい。 In addition, the aqueous solution containing Ni as a metal component, the aqueous solution containing Co as a metal component, and the aqueous solution containing Mn as a metal component are mixed in part or in whole as in the case of the nucleation step, It may be added to the mixed aqueous solution as a metal component-containing mixed aqueous solution. In addition, if mixing multiple metal compounds causes certain metal compounds to react with each other and produce unnecessary compounds, add the aqueous solutions containing each metal component individually to the mixed aqueous solution. Good too.

さらに、金属成分としてNiを含有する水溶液などを、混合水溶液に添加する際、核生成工程の場合と同様に、併せて添加元素Mを含む水溶液を添加することもできる。上述のように、金属成分含有混合水溶液に添加元素Mを含む水溶液を混合し、添加することもできる。また、各金属成分を含有する水溶液を個別に混合水溶液に添加する場合には、併せて添加元素Mを含む水溶液も個別に混合水溶液に添加することができる。 Furthermore, when adding an aqueous solution containing Ni as a metal component to the mixed aqueous solution, an aqueous solution containing the additive element M can also be added, as in the case of the nucleation step. As described above, the aqueous solution containing the additive element M can be mixed with the metal component-containing mixed aqueous solution and added. Furthermore, when the aqueous solutions containing each metal component are individually added to the mixed aqueous solution, the aqueous solution containing the additive element M can also be individually added to the mixed aqueous solution.

金属成分としてNiを含有する水溶液と、金属成分としてCoを含有する水溶液と、金属成分としてMnを含有する水溶液とは、既述の核生成工程の場合と同様の水溶液を用いることができる。また、別途、濃度などを調整してもよい。 As the aqueous solution containing Ni as a metal component, the aqueous solution containing Co as a metal component, and the aqueous solution containing Mn as a metal component, the same aqueous solutions as in the case of the nucleation step described above can be used. Further, the concentration etc. may be adjusted separately.

混合水溶液に金属成分としてNiを含有する水溶液などを添加する際、得られる混合水溶液のpH値は、後述のように所定の範囲に制御されていることが好ましい。このため、金属成分としてNiを含有する水溶液などは一度に添加するのではなく、混合水溶液に徐々に滴下することができる。従って、これらの金属成分を含有する溶液、またはその金属成分含有混合水溶液などは、例えば反応槽に一定流量となるように供給することができる。 When adding an aqueous solution containing Ni as a metal component to the mixed aqueous solution, the pH value of the resulting mixed aqueous solution is preferably controlled within a predetermined range as described below. Therefore, an aqueous solution containing Ni as a metal component can be gradually dropped into the mixed aqueous solution instead of being added all at once. Therefore, a solution containing these metal components or a mixed aqueous solution containing the metal components can be supplied to the reaction tank at a constant flow rate, for example.

粒子成長工程では、上述のように、pH値の調整後の混合水溶液に対して、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加することができる。この際も、粒子成長工程の開始前に、pH値を調整したのと同様の理由から、pH値調整後の混合水溶液のpH値は、混合水溶液の場合と同様の範囲、すなわち6.0以上9.0以下に維持されていることが好ましい。粒子成長工程では、上述の範囲に混合水溶液のpH値を制御することで、不純物残量の少ない前駆体を得ることができる。混合水溶液のpH値は、6.4以上8.0以下に維持されていることがより好ましく、7.1以上8.0以下に維持されていることがさらに好ましい。 In the particle growth step, as described above, an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component can be added to the mixed aqueous solution after adjusting the pH value. In this case, for the same reason as the pH value was adjusted before starting the particle growth process, the pH value of the mixed aqueous solution after pH value adjustment is in the same range as the mixed aqueous solution, that is, 6.0 or more. It is preferable that it is maintained at 9.0 or less. In the particle growth step, by controlling the pH value of the mixed aqueous solution within the above-mentioned range, a precursor with a small amount of residual impurities can be obtained. The pH value of the mixed aqueous solution is more preferably maintained at 6.4 or more and 8.0 or less, and even more preferably maintained at 7.1 or more and 8.0 or less.

なお、粒子成長工程の間、pH値調整後の混合水溶液のpH値が微変動することから、粒子成長工程の間のpH値調整後の混合水溶液のpH値の最大値を粒子成長工程の混合水溶液のpH値とすることができ、該pH値調整後の混合水溶液のpH値が上記範囲にあることが好ましい。 Note that during the particle growth process, the pH value of the mixed aqueous solution after pH value adjustment slightly fluctuates, so the maximum pH value of the mixed aqueous solution after pH value adjustment during the particle growth process is used as the mixing value for the particle growth process. It is preferable that the pH value of the mixed aqueous solution after adjusting the pH value is within the above range.

特に、粒子成長工程の間、pH値調整後の混合水溶液のpH値の変動幅は、中心値(設定pH値)の上下0.2以内になるように制御することが好ましい。これは、pH値調整後の混合水溶液のpH値の変動幅が大きい場合には、前駆体が含有する粒子の成長が一定とならず、粒度分布の範囲の狭い均一な粒子が得られない場合があるからである。 In particular, during the particle growth process, it is preferable to control the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution after adjusting the pH value so that it is within 0.2 above and below the center value (set pH value). This is because if the pH value of the mixed aqueous solution after adjusting the pH value fluctuates widely, the growth of the particles contained in the precursor will not be constant, and uniform particles with a narrow particle size distribution range cannot be obtained. This is because there is.

上述のように、金属成分を含有する水溶液、または混合した金属成分含有混合水溶液を混合水溶液に供給する場合、混合水溶液のpHが所定の範囲内に維持できるよう、併せてpH調整水溶液を添加することが好ましい。pH調整水溶液としては、既述の核生成工程の場合と同様のpH調整水溶液を用いることができる。pH調整水溶液を反応槽内に供給する方法は、上述の核生成工程で既述の方法を好適に用いることができる。 As mentioned above, when an aqueous solution containing a metal component or a mixed aqueous solution containing a metal component is supplied to the mixed aqueous solution, a pH adjusting aqueous solution is also added so that the pH of the mixed aqueous solution can be maintained within a predetermined range. It is preferable. As the pH-adjusted aqueous solution, the same pH-adjusted aqueous solution as in the case of the nucleation step described above can be used. As a method for supplying the pH-adjusted aqueous solution into the reaction tank, the method already described in the above-mentioned nucleation step can be suitably used.

粒子成長工程における、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、0g/L以上20g/L以下であることが好ましく、特に一定値に保たれていることが好ましい。これは、アンモニウムイオンの濃度を20g/L以下とすることで、均質に前駆体の粒子の核を成長することができるからである。また、粒子成長工程における、アンモニウムイオン濃度が一定値に保持されていることで、金属イオンの溶解度を安定させることができ、均一な前駆体の粒子の粒子成長を促進できるからである。 The ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution in the particle growth step is preferably 0 g/L or more and 20 g/L or less, and particularly preferably kept at a constant value. This is because by setting the ammonium ion concentration to 20 g/L or less, the nucleus of the precursor particles can be grown homogeneously. Further, by keeping the ammonium ion concentration at a constant value in the particle growth step, the solubility of metal ions can be stabilized, and uniform particle growth of the precursor particles can be promoted.

なお、アンモニウムイオン濃度の下限値は、必要に応じて適宜調整することができ、特に限定されない。従って、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、例えば、初期水溶液やpH調整水溶液にアンモニウムイオン供給体を用い、その供給量を調整することにより、0g/L以上20g/L以下となるように調節することが好ましい。 Note that the lower limit of the ammonium ion concentration can be adjusted as necessary and is not particularly limited. Therefore, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution is adjusted to 0 g/L or more and 20 g/L or less, for example, by using an ammonium ion donor in the initial aqueous solution or the pH adjustment aqueous solution and adjusting the supply amount. It is preferable.

また、粒子成長工程では、炭酸イオンの存在下、混合水溶液に、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加して混合することができる。この際、炭酸イオンの供給方法は特に限定されるものではなく、例えば反応槽内に後述する酸素含有ガスと共に二酸化炭素ガスを供給することで混合水溶液に炭酸イオンを供給することができる。また、上述の初期水溶液やpH調整水溶液を調製する際に、炭酸塩を用いて、炭酸イオンを供給することもできる。 Further, in the particle growth step, an aqueous solution containing a metal component, such as an aqueous solution containing Ni as a metal component, can be added to the mixed aqueous solution and mixed in the presence of carbonate ions. At this time, the method of supplying carbonate ions is not particularly limited, and for example, carbonate ions can be supplied to the mixed aqueous solution by supplying carbon dioxide gas together with an oxygen-containing gas, which will be described later, into the reaction tank. Moreover, when preparing the above-mentioned initial aqueous solution and pH-adjusted aqueous solution, carbonate ions can also be supplied using a carbonate.

粒子成長工程では、反応槽内に酸素含有ガスを吹き込むことにより、酸素含有雰囲気となるように雰囲気制御を行いながら、金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を例えば一定流量で供給できる。これにより、混合水溶液中に含まれている溶存酸素や、反応槽に供給した酸素含有ガスに含まれる酸素などと反応し炭酸塩の単一結晶ではない不定形の微細な粒子がさらに凝集していき、大きな二次粒子を生成することができる。また、酸素含有ガスを吹き込むことにより、不活性ガス雰囲気の場合と比較して前駆体に対して水素を含有する官能基を混入しやすくすることができる。これにより、得られる前駆体が含有する水素Hと、含有する金属成分Meとの物質量比であるH/Meを、より確実に1.60以上とすることができる。 In the particle growth step, an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component is fed at a constant flow rate while controlling the atmosphere to create an oxygen-containing atmosphere by blowing an oxygen-containing gas into the reaction tank. can be supplied by As a result, the irregularly shaped fine particles, which are not single crystals of carbonate, react with the dissolved oxygen contained in the mixed aqueous solution and the oxygen contained in the oxygen-containing gas supplied to the reaction tank, causing further aggregation. can generate large secondary particles. Moreover, by blowing in an oxygen-containing gas, it is possible to mix hydrogen-containing functional groups into the precursor more easily than in the case of an inert gas atmosphere. Thereby, H/Me, which is the substance amount ratio between hydrogen H contained in the obtained precursor and metal component Me contained, can be more reliably set to 1.60 or more.

なお、粒子成長工程で、反応槽内に酸素含有ガスを供給する場合、該酸素含有ガスの供給量は、混合水溶液中の溶存酸素濃度を測定することで確認できる。粒子成長工程中に混合水溶液中の溶存酸素が消費されるため、混合水溶液中の溶存酸素量が飽和量の半分以上であれば、反応に十分な酸素が供給できていることになる。 In addition, when supplying oxygen-containing gas into the reaction tank in the particle growth step, the supply amount of the oxygen-containing gas can be confirmed by measuring the dissolved oxygen concentration in the mixed aqueous solution. Since dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is consumed during the particle growth process, if the amount of dissolved oxygen in the mixed aqueous solution is half or more of the saturated amount, it means that sufficient oxygen is being supplied for the reaction.

酸素含有ガスとしては、例えば、空気など酸素を含有する各種ガスを用いることができる。 As the oxygen-containing gas, for example, various oxygen-containing gases such as air can be used.

前駆体の含有する二次粒子の粒径は、粒子成長工程の反応の時間により制御することができる。すなわち、粒子成長工程では、所望の粒径に成長するまで反応を継続すれば、所望の粒径の、多孔質な二次粒子を有する前駆体を得ることができる。 The particle size of the secondary particles contained in the precursor can be controlled by the reaction time of the particle growth step. That is, in the particle growth step, if the reaction is continued until the particles grow to a desired particle size, a precursor having porous secondary particles of the desired particle size can be obtained.

以上の通り、図1または図2に示す晶析工程を行なうことで、前駆体の粒子を含むスラリーである、前駆体粒子水溶液が得られる。 As described above, by performing the crystallization step shown in FIG. 1 or 2, an aqueous precursor particle solution, which is a slurry containing precursor particles, can be obtained.

なお、本実施形態の前駆体の製造方法では、晶析工程における反応が完了するまで生成物である前駆体を回収しない方式の装置を用いることが好ましい。そのような装置としては、例えば、撹拌機が設置された通常に用いられるバッチ反応槽などが挙げられる。係る装置を採用することで、一般的なオーバーフローによって生成物を回収する連続晶析装置のように、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されるという問題が生じないため、粒度分布が狭く、粒径の揃った粒子を得ることができ、好ましい。 In the method for producing a precursor of the present embodiment, it is preferable to use an apparatus that does not collect the precursor product until the reaction in the crystallization step is completed. Such an apparatus includes, for example, a commonly used batch reaction tank equipped with a stirrer. By adopting such a device, there is no problem that growing particles are collected at the same time as the overflow liquid, which is the case with general continuous crystallizers that collect products by overflow, resulting in a narrow particle size distribution. This is preferable because particles with uniform particle sizes can be obtained.

また、反応槽の雰囲気を制御するため、密閉式の装置などの雰囲気を制御することが可能な装置を用いることが好ましい。 Further, in order to control the atmosphere of the reaction tank, it is preferable to use a device capable of controlling the atmosphere, such as a closed type device.

反応槽の雰囲気制御が可能な装置を用いることで、前駆体の含有する粒子を、上述した通りの構造のものとすることができると共に、共沈反応をほぼ均一に進めることができるので、粒度分布の優れた粒子、すなわち、粒度分布の範囲の狭い粒子を得ることができる。 By using a device that can control the atmosphere of the reaction tank, the particles contained in the precursor can be made to have the structure described above, and the coprecipitation reaction can proceed almost uniformly, so the particle size can be adjusted. Particles with excellent distribution, that is, particles with a narrow range of particle size distribution can be obtained.

粒子成長工程では、核生成工程で得られた混合水溶液のpH値が所定の範囲となるように調整し、混合水溶液にさらに金属成分としてNiを含有する水溶液などの金属成分を含有する水溶液を添加することにより、均一な前駆体の粒子を得ることができる。 In the particle growth step, the pH value of the mixed aqueous solution obtained in the nucleation step is adjusted to be within a predetermined range, and an aqueous solution containing a metal component such as an aqueous solution containing Ni as a metal component is added to the mixed aqueous solution. By doing so, uniform precursor particles can be obtained.

(被覆工程)
また、本実施形態の前駆体の製造方法は、晶析工程で、本実施形態の前駆体の粒子(二次粒子)を得た後、得られた本実施形態の前駆体の粒子の表面を、添加元素Mで被覆する被覆工程をさらに有することもできる。
(Coating process)
Further, in the method for producing the precursor of this embodiment, after obtaining particles (secondary particles) of the precursor of this embodiment in the crystallization step, the surface of the obtained precursor particles of this embodiment is , it may further include a coating step of coating with the additive element M.

被覆工程は、例えば、以下のいずれかの工程とすることができる。
前駆体粒子が懸濁したスラリーに、添加元素Mを含む水溶液を添加して、晶析反応により、前駆体粒子の表面に添加元素Mを析出させる工程。
前駆体粒子に対して、添加元素Mを含む水溶液、またはスラリーを吹き付けて乾燥させる工程。
前駆体粒子と添加元素Mを含む化合物とが懸濁したスラリーを噴霧して乾燥させる工程。
前駆体粒子と添加元素Mを含む化合物とを固相法で混合する工程。
The coating step can be, for example, one of the following steps.
A step of adding an aqueous solution containing the additive element M to a slurry in which the precursor particles are suspended, and causing the additive element M to precipitate on the surface of the precursor particles by a crystallization reaction.
A step of spraying an aqueous solution or slurry containing the additive element M onto the precursor particles and drying them.
A step of spraying and drying a slurry in which precursor particles and a compound containing the additive element M are suspended.
A step of mixing precursor particles and a compound containing additive element M using a solid phase method.

被覆工程が、例えば、前駆体粒子が懸濁したスラリーに、添加元素Mを含む水溶液を添加して、晶析反応により、前駆体粒子の表面に添加元素Mを析出させる工程であるとする。この場合、前駆体粒子が懸濁したスラリーは、添加元素Mを含む水溶液を用いて、前駆体粒子をスラリー化することが好ましい。また、前駆体粒子が懸濁したスラリーに、添加元素Mを含む水溶液を添加する際、該スラリーと添加元素Mを含む水溶液との混合水溶液のpHは、6.0以上9.0以下となるように制御することが好ましい。これは、スラリーと添加元素Mを含む水溶液との混合水溶液のpHを上記範囲に制御することで、前駆体粒子の表面を特に均一に添加元素Mで被覆することができるためである。 The coating step is, for example, a step in which an aqueous solution containing the additive element M is added to a slurry in which the precursor particles are suspended, and the additive element M is precipitated on the surface of the precursor particles by a crystallization reaction. In this case, it is preferable that the slurry in which the precursor particles are suspended is made by using an aqueous solution containing the additive element M to form a slurry of the precursor particles. Further, when adding the aqueous solution containing the additive element M to the slurry in which the precursor particles are suspended, the pH of the mixed aqueous solution of the slurry and the aqueous solution containing the additive element M is 6.0 or more and 9.0 or less. It is preferable to control as follows. This is because by controlling the pH of the mixed aqueous solution of the slurry and the aqueous solution containing the additive element M within the above range, the surfaces of the precursor particles can be particularly uniformly coated with the additive element M.

なお、被覆工程で用いる、添加元素Mを含む水溶液については、既述の核生成工程の場合と同様の水溶液を用いることができる。また、被覆工程では、添加元素Mを含む水溶液に替えて、添加元素Mを含むアルコキシド溶液を用いてもよい。 As for the aqueous solution containing the additive element M used in the coating step, the same aqueous solution as in the nucleation step described above can be used. Further, in the coating step, an alkoxide solution containing the additive element M may be used instead of the aqueous solution containing the additive element M.

上述のように、晶析工程で初期水溶液や混合水溶液に添加元素Mを含む水溶液を添加し、かつ被覆工程を実施して前駆体粒子の表面を添加元素Mで被覆することができる。この場合、晶析工程において初期水溶液や混合水溶液中に添加する添加元素イオンの量は、被覆する量だけ少なくしておくことが好ましい。これは、混合水溶液に添加する添加元素Mを含む水溶液の添加量を被覆する量だけ少なくしておくことで、得られる前駆体に含まれる添加元素Mと、他の金属成分との原子数比を所望の値とすることができるからである。 As described above, the surfaces of the precursor particles can be coated with the additive element M by adding an aqueous solution containing the additive element M to the initial aqueous solution or mixed aqueous solution in the crystallization step, and performing the coating step. In this case, the amount of additional element ions added to the initial aqueous solution or mixed aqueous solution in the crystallization step is preferably reduced by the amount to be coated. This can be done by reducing the amount of the aqueous solution containing the additive element M added to the mixed aqueous solution by the amount required for coating, thereby increasing the atomic ratio between the additive element M and other metal components contained in the resulting precursor. This is because it is possible to set the value to a desired value.

前駆体の粒子の表面を、上述のように、添加元素Mで被覆する被覆工程は、晶析工程の終了後、加熱した後の前駆体の粒子に対して行ってもよい。 As described above, the coating step of coating the surfaces of the precursor particles with the additive element M may be performed on the heated precursor particles after the crystallization step is completed.

次に、図1または図2に示す晶析工程を終えた後、洗浄工程、または乾燥工程を行なうこともできる。以下、洗浄工程および乾燥工程について、説明する。 Next, after completing the crystallization step shown in FIG. 1 or 2, a washing step or a drying step may be performed. The washing process and drying process will be explained below.

(2)洗浄工程
洗浄工程について説明する。洗浄工程では、図1または図2に示す晶析工程で得られた前駆体の粒子を含むスラリーを洗浄することができる。
(2) Cleaning process The cleaning process will be explained. In the washing step, the slurry containing precursor particles obtained in the crystallization step shown in FIG. 1 or 2 can be washed.

洗浄工程では、まず、前駆体の粒子を含むスラリーを濾過した後、水洗し、再度濾過することができる。 In the washing step, first, the slurry containing particles of the precursor is filtered, then washed with water, and then filtered again.

濾過は、通常用いられる方法で行えばよく、例えば、遠心機、吸引濾過機が用いられる。 Filtration may be performed by a commonly used method, such as a centrifuge or a suction filter.

また、水洗は、通常行われる方法で行えばよく、前駆体の粒子に含まれる余剰の原料などを除去できればよい。 Further, washing with water may be carried out by a commonly used method, as long as it can remove excess raw materials contained in the particles of the precursor.

水洗で用いる水は、不純物の混入を防止するため、可能な限り不純物の含有量が少ない水を用いることが好ましく、純水を用いることがより好ましい。 In order to prevent contamination of impurities, it is preferable to use water that contains as few impurities as possible, and it is more preferable to use pure water as the water used for washing.

(3)乾燥工程
乾燥工程について説明する。乾燥工程では、洗浄工程で洗浄した、本実施形態の前駆体の粒子を乾燥することができる。まず、乾燥工程では、例えば、乾燥温度を80℃以上230℃以下として、洗浄済みの前駆体の粒子を乾燥することができる。
(3) Drying process The drying process will be explained. In the drying step, the particles of the precursor of this embodiment that have been washed in the washing step can be dried. First, in the drying step, the washed precursor particles can be dried at a drying temperature of 80° C. or higher and 230° C. or lower, for example.

乾燥工程後、本実施形態の前駆体を得ることができる。 After the drying process, the precursor of this embodiment can be obtained.

本実施形態の前駆体の製造方法によれば、多孔質な粒子を含有する非水系電解質二次電池用正極活物質を形成できる、前駆体を得ることができる。 According to the method for producing a precursor of the present embodiment, a precursor that can form a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing porous particles can be obtained.

また、本実施形態の前駆体の製造方法では、晶析反応により得られる前駆体の粒子の結晶サイズを制御することができる。よって、本実施形態の前駆体の製造方法によれば、一次粒子が小粒径であって、二次粒子の粒径の均一性が高く、且つ高密度(タップ密度)の前駆体を得ることができる。 Furthermore, in the method for producing a precursor of the present embodiment, the crystal size of the particles of the precursor obtained by the crystallization reaction can be controlled. Therefore, according to the method for producing a precursor of the present embodiment, it is possible to obtain a precursor in which the primary particles have a small particle size, the secondary particles have high uniformity in particle size, and have a high density (tap density). I can do it.

また、図2に示す本実施形態の前駆体の製造方法によれば、主として核生成反応が生じる時間(核生成工程)と、主として粒子成長反応が生じる時間(粒子成長工程)とを分離することができる。これにより、両工程を同じ反応槽内で行ったとしても、狭い粒度分布をもつ前駆体の粒子(二次粒子)が得られる。 Furthermore, according to the method for producing a precursor of the present embodiment shown in FIG. 2, the time during which the nucleation reaction primarily occurs (nucleation step) and the time during which the particle growth reaction primarily occurs (particle growth step) can be separated. I can do it. Thereby, even if both steps are performed in the same reaction tank, precursor particles (secondary particles) having a narrow particle size distribution can be obtained.

さらに、図2に示す本実施形態の前駆体の製造方法では、主に反応溶液のpHの調整をするだけで、1つの反応槽内において核生成工程と粒子成長工程を分離して行うことができる。 Furthermore, in the precursor manufacturing method of this embodiment shown in FIG. 2, the nucleation step and the particle growth step can be performed separately in one reaction tank by simply adjusting the pH of the reaction solution. can.

従って、本実施形態の前駆体の製造方法は、容易でかつ大規模生産に適したものであることから、その工業的価値はきわめて大きいといえる。 Therefore, since the method for producing the precursor of this embodiment is easy and suitable for large-scale production, it can be said to have extremely high industrial value.

[非水系電解質二次電池用正極活物質]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」とも記載する)の一構成例について説明する。
[Cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries]
Next, a configuration example of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also simply referred to as "positive electrode active material") of the present embodiment will be described.

本実施形態の正極活物質は、リチウム金属複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質に関する。前記リチウム金属複合酸化物は、物質量比にしてLi:Ni:Mn:Co:M=α:x:y:z:t(1.00≦α≦1.30、x+y+z+t=1であり、0.25<x<0.60、0<y<0.70、0<z<0.70、0≦t≦0.10、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で表すことができる。 The positive electrode active material of this embodiment relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium metal composite oxide. The lithium metal composite oxide has a material amount ratio of Li:Ni:Mn:Co:M=α:x:y:z:t (1.00≦α≦1.30, x+y+z+t=1, and 0 .25<x<0.60, 0<y<0.70, 0<z<0.70, 0≦t≦0.10, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, One or more types of additive elements selected from Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W.).

本実施形態の正極活物質は、複数の一次粒子が凝集した、多孔質の二次粒子を含むことができる。そして、該多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である二次粒子の個数割合を80%以上とすることができる。 The positive electrode active material of this embodiment can include porous secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. Among the porous secondary particles, the number ratio of secondary particles having an internal porosity of 10% by volume or more and 30% by volume or less can be 80% or more.

本実施形態の正極活物質は、LiAOで表される層状岩塩型結晶構造のリチウム金属複合酸化物、より具体的にはリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含むことができる。なお、本実施形態の正極活物質は、上記リチウム金属複合酸化物から構成することもできる。 The positive electrode active material of this embodiment can include a lithium metal composite oxide with a layered rock salt crystal structure represented by LiAO 2 , more specifically a lithium nickel cobalt manganese composite oxide. In addition, the positive electrode active material of this embodiment can also be comprised from the said lithium metal composite oxide.

上記物質量比において、Aは平均で3価となるよう調整された少なくともNi、Co、およびMnを含有した金属元素である。 In the above substance amount ratio, A is a metal element containing at least Ni, Co, and Mn, which is adjusted to be trivalent on average.

本実施形態の前駆体において、上述のように、非水系電解質二次電池の正極活物質のサイクル特性や出力特性などの電池特性をさらに向上させるために、リチウム金属複合酸化物は、上述のように、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素Mを含有することができる。添加元素Mの含有量については、前駆体において上述の理由から、物質量比tで0≦t≦0.1の範囲内となるように調整することが好ましい。 In the precursor of this embodiment, as described above, in order to further improve battery characteristics such as cycle characteristics and output characteristics of the positive electrode active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery, the lithium metal composite oxide is used as described above. In addition, one or more types of additive elements M selected from Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W can be contained. The content of the additive element M in the precursor is preferably adjusted so that the substance amount ratio t falls within the range of 0≦t≦0.1 for the above-mentioned reasons.

本実施形態の正極活物質は、上述のように、多孔質の二次粒子を含有することができ、該多孔質の二次粒子は、二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である多孔質の二次粒子を含む。本実施形態の正極活物質は、含有する多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である二次粒子を、個数割合で80%以上含有する。正極活物質に含まれる、多孔質の二次粒子の空隙率は、例えば、正極活物質の断面構造をSEMで観察し、画像処理などにより算出できる。なお、例えば、算出した空隙率が3%を超える粒子を、多孔質の二次粒子(多孔質粒子)とする。多孔質粒子は、中心部まで細孔を持つ粒子とすることができる。そして、正極活物質が含有する多孔質の二次粒子の割合は、特に限定されないが、例えば、個数割合で、30%以上100%以下とすることができる。 As described above, the positive electrode active material of this embodiment can contain porous secondary particles, and the porous secondary particles have an internal porosity of 10% by volume or more and 30% by volume. % by volume or less of porous secondary particles. In the positive electrode active material of the present embodiment, among the porous secondary particles contained, 80% or more of the secondary particles have an internal porosity of 10% by volume or more and 30% by volume or less. contains. The porosity of the porous secondary particles contained in the positive electrode active material can be calculated, for example, by observing the cross-sectional structure of the positive electrode active material using a SEM and performing image processing. Note that, for example, particles having a calculated porosity of more than 3% are defined as porous secondary particles (porous particles). Porous particles can be particles that have pores down to the center. The proportion of porous secondary particles contained in the positive electrode active material is not particularly limited, but can be, for example, 30% or more and 100% or less in terms of number proportion.

多孔質な二次粒子の個数割合や、多孔質の二次粒子のうち、二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である多孔質の二次粒子の個数割合の算出方法は、特に限定されない。前記算出方法は、例えば、まず、SEMにより複数個、例えば100個以上の正極活物質の二次粒子の断面構造を観察し、二次粒子のうち、対照となる二次粒子の個数割合をカウントすることで求めることができる。 Calculation of the number ratio of porous secondary particles and the number ratio of porous secondary particles whose internal porosity is 10 volume % or more and 30 volume % or less among porous secondary particles The method is not particularly limited. The calculation method includes, for example, first observing the cross-sectional structure of a plurality of secondary particles, for example, 100 or more secondary particles of a positive electrode active material using SEM, and counting the number ratio of secondary particles serving as a control among the secondary particles. You can find it by doing.

本実施形態の正極活物質は、多孔質の二次粒子を有することで、その比表面積を大きくすることができる。本実施形態の正極活物質の比表面積は、正極活物質に要求される特性などにより任意に選択することができ、特に限定されるものではないが、例えば1.0m/g以上であることが好ましい。これは、本実施形態の正極活物質の比表面積を1.0m/g以上とすることで、正極合材ペーストの製造を容易にすることができ、かつ出力特性を高くすることができるからである。 The positive electrode active material of this embodiment can have a large specific surface area by having porous secondary particles. The specific surface area of the positive electrode active material of this embodiment can be arbitrarily selected depending on the characteristics required of the positive electrode active material, and is not particularly limited, but for example, it should be 1.0 m 2 /g or more. is preferred. This is because by setting the specific surface area of the positive electrode active material of this embodiment to 1.0 m 2 /g or more, it is possible to easily manufacture the positive electrode composite material paste and to improve the output characteristics. It is.

本実施形態の正極活物質の比表面積の上限値は特に限定されないが、例えば3.0m/g以下とすることが好ましく、2.0m/g以下とすることがより好ましい。ただし、特に反応表面積を大きくし、出力特性を特に高くすることが求められる場合、本実施形態の正極活物質の比表面積は、1.0m/g以上2.0m/g以下であることが好ましい。また、特に正極合材ペーストの製造を特に容易にすることが求められる場合には、本実施形態の正極活物質の比表面積は、0.5m/g以上1.5m/g以下であることが好ましい。 The upper limit of the specific surface area of the positive electrode active material of this embodiment is not particularly limited, but is preferably, for example, 3.0 m 2 /g or less, more preferably 2.0 m 2 /g or less. However, if it is required to particularly increase the reaction surface area and particularly improve the output characteristics, the specific surface area of the positive electrode active material of this embodiment should be 1.0 m 2 /g or more and 2.0 m 2 /g or less. is preferred. In addition, especially when it is required to make the production of the positive electrode composite paste particularly easy, the specific surface area of the positive electrode active material of this embodiment is 0.5 m 2 /g or more and 1.5 m 2 /g or less. It is preferable.

また、本実施形態の正極活物質によれば、多孔質の二次粒子を含有し、多孔質の二次粒子のうち二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である多孔質の二次粒子を一定割合以上有することで、電池とした場合の出力特性を高めることができると共に、タップ密度も高くすることができる。 Further, according to the positive electrode active material of the present embodiment, the positive electrode active material contains porous secondary particles, and the porosity inside the secondary particles among the porous secondary particles is 10% by volume or more and 30% by volume or less. By having a certain proportion or more of porous secondary particles, the output characteristics when used as a battery can be improved, and the tap density can also be increased.

本実施形態の正極活物質のタップ密度は、特に限定されるものではないが、1.5g/cc以上であることが好ましく、1.7g/cc以上であることがより好ましい。 The tap density of the positive electrode active material of this embodiment is not particularly limited, but is preferably 1.5 g/cc or more, more preferably 1.7 g/cc or more.

本実施形態の正極活物質は、例えば、2032型コイン型電池の正極に用いた場合、電流0.05Cで充電したとき、放電電流0.05Cでの容量に対する放電電流2.0Cの容量(放電容量維持率)は、85%以上であることが好ましい。 For example, when the positive electrode active material of this embodiment is used as the positive electrode of a 2032 type coin-type battery, when charged at a current of 0.05C, the capacity at a discharge current of 2.0C (discharge The capacity retention rate) is preferably 85% or more.

なお、上記高放電レート条件(2C)での放電容量は、2Cで複数回、例えば3回測定を行い、その複数回の測定の平均値とすることができる。 Note that the discharge capacity under the above-mentioned high discharge rate condition (2C) can be measured at 2C multiple times, for example, three times, and can be taken as the average value of the multiple measurements.

[非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法(以下、単に「正極活物質の製造方法」とも記載する)の一例について説明する。
[Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, an example of the method for manufacturing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also simply referred to as "method for manufacturing a positive electrode active material") of the present embodiment will be described.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、上述の正極活物質の粒子構造となるように正極活物質を製造できるのであれば、特に限定されないが、以下の方法を採用すれば、該正極活物質をより確実に製造できるので、好ましい。 The method for manufacturing the positive electrode active material of this embodiment is not particularly limited as long as the positive electrode active material can be manufactured to have the particle structure of the positive electrode active material described above. This is preferred because the substance can be manufactured more reliably.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、以下の工程を有することができる。
上述の非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法により得られた非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体を、80℃以上600℃以下の温度で熱処理する熱処理工程。
熱処理工程により得られた粒子に対してリチウム化合物を添加、混合してリチウム混合物を形成する混合工程。
リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、600℃以上1000℃以下の温度で焼成する焼成工程。
The method for manufacturing a positive electrode active material of this embodiment can include the following steps.
A heat treatment step of heat-treating the positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the above-described method for producing a positive electrode active material precursor for a non-aqueous electrolyte secondary battery at a temperature of 80° C. or higher and 600° C. or lower.
A mixing step of adding and mixing a lithium compound to the particles obtained by the heat treatment step to form a lithium mixture.
A firing step in which a lithium mixture is fired at a temperature of 600°C or higher and 1000°C or lower in an oxidizing atmosphere.

以下、各工程について説明する。 Each step will be explained below.

(1)熱処理工程
熱処理工程では、上述の前駆体を80℃以上600℃以下の温度で熱処理することができる。熱処理を行うことで、前駆体に含有されている水分を除去し、最終的に得られる正極活物質中の金属の原子数やリチウムの原子数の割合がばらつくことを防ぐことができる。
(1) Heat Treatment Step In the heat treatment step, the above-mentioned precursor can be heat treated at a temperature of 80° C. or higher and 600° C. or lower. By performing heat treatment, water contained in the precursor can be removed and the ratio of the number of metal atoms and the number of lithium atoms in the finally obtained positive electrode active material can be prevented from varying.

なお、正極活物質中の金属の原子数やリチウムの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、全ての前駆体をニッケルコバルトマンガン複合酸化物に転換する必要はない。しかしながら、上記ばらつきをより少なくするためには、加熱温度を500℃以上として前駆体の粒子を複合酸化物粒子に全て転換することが好ましい。 Note that it is not necessary to convert all the precursors to the nickel-cobalt-manganese composite oxide as long as the moisture can be removed to an extent that does not cause variations in the ratio of the number of metal atoms and the number of lithium atoms in the positive electrode active material. However, in order to further reduce the above-mentioned variations, it is preferable to set the heating temperature to 500° C. or higher to convert all precursor particles into composite oxide particles.

熱処理工程において、熱処理温度を80℃以上としているのは、熱処理温度が80℃未満の場合、前駆体の粒子中の余剰水分が除去できず、上記ばらつきを抑制することができない可能性があるからである。一方、熱処理温度を600℃以下としているのは、熱処理温度が600℃を超えると、焙焼により粒子が焼結して均一な粒径の複合酸化物粒子が得られない可能性があるからである。 In the heat treatment process, the heat treatment temperature is set at 80°C or higher because if the heat treatment temperature is lower than 80°C, excess moisture in the particles of the precursor cannot be removed and the above-mentioned variations may not be able to be suppressed. It is. On the other hand, the heat treatment temperature is set at 600°C or less because if the heat treatment temperature exceeds 600°C, the particles may sinter due to roasting and composite oxide particles with a uniform particle size may not be obtained. be.

熱処理条件に対応した前駆体の粒子中に含有される金属成分を分析によって予め求めておき、リチウム化合物との比を決めておくことで、上記ばらつきを抑制することができる。 The above-mentioned variations can be suppressed by determining the metal component contained in the particles of the precursor corresponding to the heat treatment conditions in advance by analysis and determining the ratio to the lithium compound.

熱処理雰囲気は、特に制限されるものではなく、非還元性雰囲気であればよいが、簡易的に行える空気気流中において行うことが好ましい。 The heat treatment atmosphere is not particularly limited as long as it is a non-reducing atmosphere, but it is preferable to carry out the heat treatment in an air stream because it can be easily carried out.

また、熱処理時間は、特に制限されないが、1時間未満では前駆体の粒子の余剰水分の除去が十分に行われない場合があるので、少なくとも1時間以上が好ましく、2時間以上15時間以下がより好ましい。 Further, the heat treatment time is not particularly limited, but if it is less than 1 hour, the excess moisture of the precursor particles may not be sufficiently removed, so it is preferably at least 1 hour or more, and more preferably 2 hours or more and 15 hours or less. preferable.

熱処理に用いられる設備は、特に限定されるものではなく、前駆体の粒子を非還元性雰囲気中、好ましくは空気気流中で加熱できるものであればよく、ガス発生がない電気炉などが好適に用いられる。 The equipment used for the heat treatment is not particularly limited, as long as it can heat the precursor particles in a non-reducing atmosphere, preferably in an air stream, and an electric furnace that does not generate gas is preferably used. used.

(2)混合工程
混合工程は、上記熱処理工程において加熱されて得られた熱処理済み粒子に、リチウム化合物を添加して混合し、リチウム混合物を形成する工程である。
(2) Mixing Step The mixing step is a step of adding and mixing a lithium compound to the heat-treated particles obtained by heating in the heat treatment step to form a lithium mixture.

なお、熱処理工程において熱処理して得られた熱処理済み粒子は、ニッケルコバルトマンガン炭酸塩複合物粒子および/またはニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子を含んでいる。 Note that the heat-treated particles obtained by heat treatment in the heat treatment step include nickel-cobalt-manganese carbonate composite particles and/or nickel-cobalt-manganese composite oxide particles.

熱処理済み粒子とリチウム化合物とは、リチウム混合物中のリチウム以外の金属成分Meの原子数、すなわち、Ni、Co、Mnおよび添加元素Mの原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比(Li/Me)が、1.0以上1.3以下となるように混合することが好ましい。この際、Li/Meが1.05以上1.15以下となるように混合することがより好ましい。 The heat-treated particles and the lithium compound are defined by the number of atoms of the metal component Me other than lithium in the lithium mixture, that is, the sum of the number of atoms of Ni, Co, Mn, and the additive element M (Me), and the number of atoms of lithium (Li ) is preferably mixed so that the ratio (Li/Me) is 1.0 or more and 1.3 or less. At this time, it is more preferable to mix so that Li/Me is 1.05 or more and 1.15 or less.

すなわち、焼成工程前後でLi/Meは変化しないので、この混合工程で混合するLi/Meが正極活物質におけるLi/Meとなるため、リチウム混合物におけるLi/Meが、得ようとする正極活物質におけるLi/Meと同じになるように混合される。 That is, since Li/Me does not change before and after the firing process, the Li/Me mixed in this mixing process becomes the Li/Me in the positive electrode active material, so that the Li/Me in the lithium mixture becomes the positive electrode active material to be obtained. The mixture is the same as that of Li/Me in .

リチウム混合物を形成するために使用されるリチウム化合物は、特に限定されるものではないが、入手が容易であるため、例えば、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムから選択された1種類以上を好ましく用いることができる。特に、取り扱いの容易さ、品質の安定性を考慮すると、リチウム混合物を形成する際に用いるリチウム化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウムから選択された1種類以上を用いることがより好ましい。 The lithium compound used to form the lithium mixture is not particularly limited, but is preferably one or more selected from lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium carbonate because it is easily available. Can be used. In particular, considering ease of handling and stability of quality, it is more preferable to use one or more types selected from lithium hydroxide and lithium carbonate as the lithium compound used when forming the lithium mixture.

混合には、一般的な混合機を使用することができ、例えば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いればよい。 For mixing, a general mixer can be used, such as a shaker mixer, Loedige mixer, Julia mixer, V blender, etc.

(3)焼成工程
焼成工程は、上記混合工程で得られたリチウム混合物を焼成して、正極活物質とする工程である。焼成工程において混合粉を焼成すると、熱処理済み粒子に、リチウム化合物中のリチウムが拡散するので、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が形成される。
(3) Firing process The firing process is a process in which the lithium mixture obtained in the mixing process is fired to obtain a positive electrode active material. When the mixed powder is fired in the firing process, lithium in the lithium compound diffuses into the heat-treated particles, so that a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide is formed.

この際のリチウム混合物の焼成温度は、特に限定されないが、例えば600℃以上1000℃以下であることが好ましい。これは、焼成温度を600℃以上とすることで、熱処理済み粒子中へのリチウムの拡散を十分に促進し、余剰のリチウムや未反応の粒子の残留を抑制し、電池に用いられた場合に十分な電池特性が得られるからである。ただし、焼成温度が1000℃を超えると、複合酸化物粒子間で激しく焼結が生じると共に、異常粒成長を生じる可能性があり、焼成後の粒子が粗大となって粒子内部に微細な細孔ができなくなる可能性があるからである。このような正極活物質は、比表面積が低下するため、電池に用いた場合、正極の抵抗が上昇して電池容量が低下する可能性がある。 The firing temperature of the lithium mixture at this time is not particularly limited, but is preferably, for example, 600°C or more and 1000°C or less. By setting the firing temperature to 600°C or higher, the diffusion of lithium into the heat-treated particles is sufficiently promoted, and the remaining of excess lithium and unreacted particles is suppressed, so that when used in batteries, This is because sufficient battery characteristics can be obtained. However, if the firing temperature exceeds 1000°C, intense sintering may occur between the composite oxide particles, and abnormal grain growth may occur, resulting in coarse particles after firing and the formation of fine pores inside the particles. This is because there is a possibility that it will not be possible to do so. Since such a positive electrode active material has a reduced specific surface area, when used in a battery, the resistance of the positive electrode may increase and the battery capacity may decrease.

なお、熱処理済み粒子とリチウム化合物との反応を均一に行わせる観点から、昇温速度を3℃/min以上10℃/min以下として上記温度まで昇温することが好ましい。 In addition, from the viewpoint of uniformly performing the reaction between the heat-treated particles and the lithium compound, it is preferable to raise the temperature to the above temperature at a rate of 3° C./min or more and 10° C./min or less.

さらには、リチウム化合物の融点付近の温度にて1時間以上5時間以下程度保持することで、より反応を均一に行わせることができる。リチウム化合物の融点付近で温度を保持した場合は、その後、所定の焼成温度まで昇温することができる。 Furthermore, the reaction can be carried out more uniformly by maintaining the temperature near the melting point of the lithium compound for about 1 hour or more and 5 hours or less. When the temperature is maintained near the melting point of the lithium compound, the temperature can then be raised to a predetermined firing temperature.

焼成時間のうち、焼成温度での保持時間は、1時間以上とすることが好ましく、2時間以上24時間以下であることがより好ましい。これは、2時間以上焼成温度で保持することで、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の生成を十分に促進できるからである。 Among the firing times, the holding time at the firing temperature is preferably 1 hour or more, and more preferably 2 hours or more and 24 hours or less. This is because the formation of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide can be sufficiently promoted by holding the firing temperature for 2 hours or more.

焼成温度での保持時間終了後、特に限定されるものではないが、リチウム混合物を匣鉢に積載して焼成する場合には匣鉢の劣化を抑止するため、降下速度を2℃/min以上10℃/min以下として、200℃以下になるまで雰囲気を冷却することが好ましい。 After the holding time at the firing temperature is over, although it is not particularly limited, when loading the lithium mixture into a sagger and firing it, in order to prevent deterioration of the sagger, the lowering rate should be set at 2°C/min or more. It is preferable to cool the atmosphere to 200°C or less at a temperature of 200°C or less.

焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容積%以上100容量%以下の雰囲気とすることがより好ましく、該酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが特に好ましい。すなわち、焼成は、大気ないしは酸素含有ガス中で行うことが好ましい。 The atmosphere during firing is preferably an oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume or more and 100% by volume or less, and a mixed atmosphere of oxygen at the above oxygen concentration and an inert gas. is particularly preferred. That is, the firing is preferably performed in the atmosphere or in an oxygen-containing gas.

上述のように、酸素濃度が18容積%以上の雰囲気とするのが好ましいのは、酸素濃度を18容量%以上とすることで、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の結晶性を十分に高めることができるからである。 As mentioned above, it is preferable to create an atmosphere with an oxygen concentration of 18% by volume or more because by setting the oxygen concentration to 18% by volume or more, the crystallinity of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide can be sufficiently increased. Because you can.

特に電池特性を考慮すると、酸素気流中で行うことが好ましい。 Particularly in consideration of battery characteristics, it is preferable to carry out the process in an oxygen stream.

なお、焼成に用いられる炉は、特に限定されるものではなく、大気ないしは酸素含有ガス中でリチウム混合物を加熱できるものであればよいが、炉内の雰囲気を均一に保つ観点から、ガス発生がない電気炉が好ましい。また、バッチ式あるいは連続式の炉をいずれも用いることができる。 The furnace used for firing is not particularly limited, as long as it can heat the lithium mixture in the atmosphere or oxygen-containing gas, but from the viewpoint of maintaining a uniform atmosphere in the furnace, it is necessary to avoid gas generation. Preferably, an electric furnace is used. Further, either a batch type or a continuous type furnace can be used.

また、リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用した場合には、混合工程終了後、焼成工程を行なう前に、仮焼することが好ましい。仮焼温度は、焼成温度より低く、かつ、350℃以上800℃以下であることが好ましく、450℃以上780℃以下であることがより好ましい。 In addition, when lithium hydroxide or lithium carbonate is used as the lithium compound, it is preferable to perform calcination after the mixing step and before the calcination step. The calcination temperature is lower than the firing temperature and is preferably 350°C or more and 800°C or less, more preferably 450°C or more and 780°C or less.

仮焼時間は、1時間以上10時間以下程度であることが好ましく、3時間以上6時間以下であることがより好ましい。 The calcination time is preferably about 1 hour or more and 10 hours or less, more preferably 3 hours or more and 6 hours or less.

なお、仮焼は、仮焼温度で保持して仮焼することが好ましい。特に、水酸化リチウムや炭酸リチウムと、熱処理済み粒子との反応温度において仮焼することが好ましい。 Note that the calcination is preferably performed by maintaining the calcination temperature at the calcination temperature. In particular, it is preferable to calcinate at the reaction temperature of lithium hydroxide or lithium carbonate and the heat-treated particles.

仮焼を行った場合、熱処理済み粒子へのリチウムの拡散が十分に行われ、均一なリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を得ることができ、好ましい。 Calcining is preferable because lithium is sufficiently diffused into the heat-treated particles and a uniform lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide can be obtained.

焼成工程によって得られたリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の粒子は、凝集もしくは軽度の焼結が生じている場合がある。この場合には、解砕してもよい。これにより、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含む本実施形態の正極活物質を得ることができる。 The particles of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide obtained by the firing process may be agglomerated or slightly sintered. In this case, it may be crushed. Thereby, the positive electrode active material of this embodiment containing the lithium nickel cobalt manganese composite oxide can be obtained.

なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギーを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく二次粒子を分離させて、凝集体をほぐす操作のことである。 Note that crushing is a process in which mechanical energy is applied to an aggregate consisting of multiple secondary particles that is generated due to sinter necking between secondary particles during firing, without destroying the secondary particles themselves. This is an operation to separate secondary particles and loosen aggregates.

[非水系電解質二次電池]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池の一構成例について説明する。本実施形態の非水系電解質二次電池は、上述の正極活物質を用いた正極を有することができる。
[Nonaqueous electrolyte secondary battery]
Next, a configuration example of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment will be described. The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment can have a positive electrode using the above-described positive electrode active material.

まず、本実施形態の非水系電解質二次電池の構造を説明する。 First, the structure of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment will be explained.

本実施形態の非水系電解質二次電池(以下、単に「二次電池」とも記載する)は、正極材料に上述の、本実施形態の正極活物質を用いたこと以外は、一般的な非水系電解質二次電池と実質的に同様の構造を有することができる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment (hereinafter also simply referred to as "secondary battery") is a general non-aqueous electrolyte secondary battery, except that the above-mentioned positive electrode active material of this embodiment is used as the positive electrode material. It can have a structure substantially similar to an electrolyte secondary battery.

本実施形態の二次電池は、例えば、ケースと、このケース内に収容された正極、負極、非水系電解質およびセパレータを備えた構造を有することができる。 The secondary battery of this embodiment can have a structure including, for example, a case, a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a separator housed in the case.

より具体的には、本実施形態の二次電池は、セパレータを介して正極と負極とを積層させた電極体を有することができる。そして、電極体に非水系電解質を含浸させ、正極の正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および負極の負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、それぞれ集電用リードなどを用いて接続し、ケースに密閉した構造とすることができる。 More specifically, the secondary battery of this embodiment can have an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween. Then, the electrode body is impregnated with a nonaqueous electrolyte, and the current collector is connected between the positive electrode current collector of the positive electrode and the positive electrode terminal leading to the outside, and between the negative electrode current collector of the negative electrode and the negative electrode terminal leading to the outside, respectively. It can be connected using a lead or the like and sealed in a case.

なお、本実施形態の二次電池の構造は、上記例に限定されるものではなく、その外形も筒形や積層形など、種々の形状を採用することができる。 Note that the structure of the secondary battery of this embodiment is not limited to the above example, and its outer shape can also adopt various shapes such as a cylindrical shape and a stacked shape.

(正極)
まず、本実施形態の二次電池の特徴である正極について説明する。正極は、シート状の部材であり、上述の正極活物質を含有する正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布乾燥して形成されている。
(positive electrode)
First, the positive electrode, which is a feature of the secondary battery of this embodiment, will be explained. The positive electrode is a sheet-like member, and is formed by applying and drying a positive electrode composite paste containing the above-described positive electrode active material onto the surface of a current collector made of, for example, aluminum foil.

なお、正極は、使用する電池にあわせて適宜処理される。例えば、目的とする電池に応じて適当な大きさに形成する裁断処理や、電極密度を高めるためにロールプレスなどによる加圧圧縮処理などが行われる。 Note that the positive electrode is appropriately treated according to the battery used. For example, a cutting process is performed to form the material into an appropriate size depending on the intended battery, and a pressurizing process using a roll press or the like is performed to increase the electrode density.

前記正極合材ペーストは、正極合材に、溶剤を添加、混練して形成することができる。正極合材は、粉末状になっている上述の正極活物質と、導電材および結着剤とを混合して形成することができる。 The positive electrode composite material paste can be formed by adding a solvent to the positive electrode composite material and kneading the mixture. The positive electrode composite material can be formed by mixing the above-mentioned positive electrode active material in powder form, a conductive material, and a binder.

導電材は、電極に適当な導電性を与えるために添加されるものである。この導電材は、特に限定されないが、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料を用いることができる。 The conductive material is added to give the electrode appropriate conductivity. This conductive material is not particularly limited, and for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), and carbon black-based materials such as acetylene black and Ketjen black can be used.

結着剤は、正極活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすものである。この正極合材に使用される結着剤は、特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、またはポリアクリル酸などを用いることができる。 The binder plays a role of binding the positive electrode active material particles. The binder used in this positive electrode composite material is not particularly limited, but includes, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose resin, Alternatively, polyacrylic acid or the like can be used.

なお、正極合材には、活性炭などを添加してもよく、活性炭などを添加することによって、正極の電気二重層容量を増加させることができる。 Note that activated carbon or the like may be added to the positive electrode mixture, and by adding activated carbon or the like, the electric double layer capacity of the positive electrode can be increased.

溶剤は、結着剤を溶解して、正極活物質、導電材および活性炭などを結着剤中に分散させるものである。この溶剤は特に限定されないが、例えば、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 The solvent dissolves the binder and disperses the positive electrode active material, conductive material, activated carbon, etc. in the binder. This solvent is not particularly limited, but for example, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

また、正極合材ペースト中における各物質の混合比は、特に限定されない。例えば、溶剤を除いた正極合材の固形分を100質量部とした場合、一般の非水系電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を60質量部以上95質量部以下、導電材の含有量を1質量部以上20質量部以下、および結着剤の含有量を1質量部以上20質量部以下とすることができる。 Furthermore, the mixing ratio of each substance in the positive electrode composite paste is not particularly limited. For example, when the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass or more and 95 parts by mass or less, and the conductive The content of the material can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less, and the content of the binder can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less.

(負極)
負極は、銅などの金属箔集電体の表面に、負極合材ペーストを塗布し、乾燥して形成されたシート状の部材である。この負極は、負極合材ペーストを構成する成分やその配合、集電体の素材などは異なるものの、実質的に前記正極と同様の方法によって形成され、正極と同様に、必要に応じて各種処理が行われる。
(Negative electrode)
The negative electrode is a sheet-like member formed by applying a negative electrode composite paste to the surface of a metal foil current collector made of copper or the like and drying the paste. This negative electrode is formed by substantially the same method as the positive electrode, although the components and composition of the negative electrode composite paste, the material of the current collector, etc. are different, and like the positive electrode, various treatments are performed as necessary. will be held.

負極合材ペーストは、負極活物質と結着剤とを混合した負極合材に、適当な溶剤を加えてペースト状にしたものである。 The negative electrode composite material paste is made into a paste by adding an appropriate solvent to a negative electrode composite material that is a mixture of a negative electrode active material and a binder.

負極活物質は、例えば、金属リチウムやリチウム合金などのリチウムを含有する物質や、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる吸蔵物質を採用することができる。 As the negative electrode active material, for example, a material containing lithium such as metallic lithium or a lithium alloy, or an occluding material capable of intercalating and deintercalating lithium ions can be employed.

吸蔵物質は、特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂などの有機化合物焼成体、およびコークスなどの炭素物質の粉状体を用いることができる。係る吸蔵物質を負極活物質に採用した場合には、正極同様に、結着剤として、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、負極活物質を結着剤中に分散させる溶剤としては、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 The storage material is not particularly limited, but for example, natural graphite, artificial graphite, a fired organic compound such as phenol resin, and a powdered carbon material such as coke can be used. When such an occluding material is used as a negative electrode active material, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as a binder, similar to the positive electrode, and a solvent for dispersing the negative electrode active material in the binder can be Organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

(セパレータ)
セパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、電解質を保持する機能を有している。係るセパレータは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、特に限定されない。
(Separator)
The separator is placed between the positive electrode and the negative electrode, and has the function of separating the positive electrode and the negative electrode and retaining the electrolyte. Such a separator may be, for example, a thin film made of polyethylene or polypropylene having many fine pores, but is not particularly limited as long as it has the above-mentioned functions.

(非水系電解質)
非水系電解質は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte is one in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent.

有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート;さらに、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタンなどのエーテル化合物;エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物;リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などから選ばれる1種類を単独でまたは2種類以上を混合して用いることができる。 Examples of organic solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and dipropyl carbonate; furthermore, tetrahydrofuran, 2- Ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane; sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butane sultone; phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, etc. may be used alone or in combination of two or more. I can do it.

支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO22、およびそれらの複合塩などを用いることができる。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 and complex salts thereof can be used.

なお、非水系電解質は、電池特性改善のため、ラジカル捕捉剤、界面活性剤、または難燃剤などを含んでいてもよい。 Note that the nonaqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, or the like in order to improve battery characteristics.

(本実施形態の非水系電解質二次電池の特性)
本実施形態の非水系電解質二次電池は、例えば、上記構成を有することができ、上述の正極活物質を用いた正極を有しているので、高い初期放電容量、低い正極抵抗が得られ、高容量で高出力となる。
(Characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment)
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can have the above configuration, for example, and has a positive electrode using the positive electrode active material described above, so that a high initial discharge capacity and low positive electrode resistance can be obtained. High capacity and high output.

(本実施形態の二次電池の用途)
本実施形態の二次電池は、上記性質を有するので、常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に好適である。
(Applications of secondary battery of this embodiment)
Since the secondary battery of this embodiment has the above properties, it is suitable as a power source for small portable electronic devices (such as notebook personal computers and mobile phone terminals) that always require high capacity.

また、本実施形態の二次電池は、高出力が要求されるモーター駆動用電源としての電池にも好適である。電池は、大型化すると安全性の確保が困難になり、高価な保護回路が必要不可欠であるが、本実施形態の二次電池は、優れた安全性を有しているため、安全性の確保が容易になるばかりでなく、高価な保護回路を簡略化し、より低コストにできる。そして、小型化、高出力化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける輸送機器用の電源として好適である。 The secondary battery of this embodiment is also suitable for use as a power source for driving a motor that requires high output. As batteries become larger, it becomes difficult to ensure safety, and an expensive protection circuit is essential. However, the secondary battery of this embodiment has excellent safety, so it is difficult to ensure safety. Not only is this easier, but expensive protection circuits can be simplified and costs lower. Since it can be made smaller and have higher output, it is suitable as a power source for transportation equipment that is limited in mounting space.

以下、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

以下に各実施例、比較例での試料の作製条件、および評価結果について説明する。 Below, conditions for preparing samples and evaluation results in each Example and Comparative Example will be described.

[実施例1]
1.前駆体の製造、評価
[前駆体の製造]
まず、前駆体を、以下の手順により作製した。
[Example 1]
1. Precursor production and evaluation [Precursor production]
First, a precursor was produced by the following procedure.

なお、すべての実施例、比較例を通じて、前駆体、正極活物質および二次電池の作製には、特に断りのない限り、和光純薬工業株式会社製の試薬特級の各試料を使用している。 In addition, in all Examples and Comparative Examples, special reagent grade samples manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. were used to prepare the precursor, positive electrode active material, and secondary battery, unless otherwise specified. .

(晶析工程)
晶析工程は、図2に示すように、核生成工程と粒子成長工程とを含む工程で行なった。以下、核生成工程および粒子成長工程について説明する。
(Crystallization process)
As shown in FIG. 2, the crystallization process included a nucleation process and a particle growth process. The nucleation step and particle growth step will be explained below.

(核生成工程)
(1)初期水溶液の調製
まず、反応槽(5L)内に、水を約1.2Lの量まで入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定し、以下の核生成工程、核解砕工程、および粒子成長工程において混合水溶液が40℃となるように制御した。なお、初期水溶液、および混合水溶液の温度は、反応槽の周囲に設けた反応槽用の加温水の温度を調整することにより制御した。
(Nucleation process)
(1) Preparation of initial aqueous solution First, add water to approximately 1.2 L in a reaction tank (5 L), set the temperature inside the tank to 40°C while stirring, and perform the following nucleation process and nuclear decomposition. The mixed aqueous solution was controlled to have a temperature of 40° C. in the crushing step and the particle growth step. The temperatures of the initial aqueous solution and the mixed aqueous solution were controlled by adjusting the temperature of heated water for the reaction tank provided around the reaction tank.

そして、反応槽内の水に、25質量%アンモニア水を適量加えて、初期水溶液中のアンモニウムイオン濃度を5g/Lに調整した。初期水溶液にさらに64%硫酸を添加し、pHを6.4に調整した。 Then, an appropriate amount of 25% by mass ammonia water was added to the water in the reaction tank to adjust the ammonium ion concentration in the initial aqueous solution to 5 g/L. Further 64% sulfuric acid was added to the initial aqueous solution to adjust the pH to 6.4.

そして、反応槽内には、酸素含有ガスとして、空気圧縮機から空気ガスを4L/分で供給し、槽内をパージし、酸素を含む雰囲気とした。なお、粒子成長工程が終了するまで空気ガスの供給を継続し、反応槽内は、空気雰囲気、すなわち酸素含有雰囲気に保持されている。 Then, air gas was supplied as an oxygen-containing gas into the reaction tank from an air compressor at a rate of 4 L/min, and the inside of the tank was purged to create an oxygen-containing atmosphere. Note that the supply of air gas is continued until the particle growth step is completed, and the interior of the reaction tank is maintained in an air atmosphere, that is, an oxygen-containing atmosphere.

(2)金属成分含有混合水溶液の調製
次に、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、および硫酸マンガンを水に溶かして、金属イオンの濃度が2.0mol/Lの金属成分含有混合水溶液を調製した。この金属成分含有混合水溶液では、各金属の元素モル比が、Ni:Co:Mn=0.334:0.333:0.333となるように調整した。
(2) Preparation of mixed aqueous solution containing metal components Next, nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate were dissolved in water to prepare a mixed aqueous solution containing metal components with a metal ion concentration of 2.0 mol/L. In this mixed aqueous solution containing metal components, the elemental molar ratio of each metal was adjusted to be Ni:Co:Mn=0.334:0.333:0.333.

(3)pH調整水溶液の調整
炭酸ナトリウムと炭酸アンモニウムとを水に溶かして、炭酸イオン濃度が2.2mol/LのpH調整水溶液を調製した。なお、pH調整水溶液における炭酸ナトリウムと、炭酸アンモニウムとは、モル比が9:2となるように添加した。
(3) Preparation of pH-adjusted aqueous solution Sodium carbonate and ammonium carbonate were dissolved in water to prepare a pH-adjusted aqueous solution with a carbonate ion concentration of 2.2 mol/L. Note that sodium carbonate and ammonium carbonate in the pH-adjusted aqueous solution were added at a molar ratio of 9:2.

(4)初期水溶液への、金属成分含有混合水溶液の添加、混合
金属成分含有混合水溶液を、反応槽内の初期水溶液に10.3ml/min.の割合で加えて、混合水溶液とした。
(4) Adding and mixing the metal component-containing mixed aqueous solution to the initial aqueous solution The metal component-containing mixed aqueous solution was added to the initial aqueous solution in the reaction tank at a rate of 10.3 ml/min. were added at a ratio of 1 to 2 to form a mixed aqueous solution.

なお、金属成分含有混合水溶液を添加する際、同時に、pH調整水溶液を加えて、反応槽中の混合水溶液のpH値を6.4(核生成pH値)を超えないように制御しながら、4分間晶析させて核生成工程を実施した。また、核生成工程の間、混合水溶液のpH値の変動幅は、中心値(設定pH値)6.2の上下0.2の範囲内であった。なお、核生成工程の混合水溶液のpH値の最大値は、6.4であった。 When adding the metal component-containing mixed aqueous solution, at the same time, a pH adjusting aqueous solution is added to control the pH value of the mixed aqueous solution in the reaction tank so as not to exceed 6.4 (nucleation pH value). The nucleation step was carried out by crystallizing for minutes. Further, during the nucleation step, the pH value of the mixed aqueous solution fluctuated within a range of 0.2 above and below the central value (set pH value) of 6.2. Note that the maximum pH value of the mixed aqueous solution in the nucleation step was 6.4.

(5)核解砕工程
その後、撹拌を5分間継続し、核の解砕をおこなった。
(5) Nuclear disintegration step After that, stirring was continued for 5 minutes to disintegrate the nuclei.

(粒子成長工程)
粒子成長工程では、核生成工程と同じ金属成分含有混合水溶液、およびpH調整水溶液を用いた。以下に粒子成長工程の実験手順を説明する。
(1)混合水溶液のpHの調整
粒子成長工程では、まず核生成工程で得られた混合水溶液にpH調整水溶液を添加してpH値を7.4(液温40℃基準)とした。なお、粒子成長工程の混合水溶液のpH値の最大値は、7.4であった。
(2)混合水溶液への金属成分含有混合水溶液の添加、混合
pH値調整後の混合水溶液に、金属成分含有混合水溶液を10.3ml/minの割合で添加した。
(Particle growth process)
In the particle growth step, the same metal component-containing mixed aqueous solution and pH-adjusted aqueous solution as in the nucleation step were used. The experimental procedure for the particle growth process will be explained below.
(1) Adjustment of pH of mixed aqueous solution In the particle growth step, first, a pH adjustment aqueous solution was added to the mixed aqueous solution obtained in the nucleation step to adjust the pH value to 7.4 (based on liquid temperature of 40° C.). Note that the maximum pH value of the mixed aqueous solution in the particle growth step was 7.4.
(2) Addition and mixing of metal component-containing mixed aqueous solution to mixed aqueous solution The metal component-containing mixed aqueous solution was added at a rate of 10.3 ml/min to the mixed aqueous solution after adjusting the pH value.

この際、混合水溶液pH値が反応温度40℃基準で7.4を超えないように金属成分含有混合水溶液、およびpH調整水溶液の添加量を制御した。 At this time, the amounts of the metal component-containing mixed aqueous solution and the pH-adjusting aqueous solution were controlled so that the pH value of the mixed aqueous solution did not exceed 7.4 based on the reaction temperature of 40°C.

この状態を196分間継続した後、撹拌を止めて、晶析を終了させた。 After this state was continued for 196 minutes, stirring was stopped to complete the crystallization.

そして、粒子成長工程により得られた生成物を、水洗、濾過、乾燥させて前駆体の粒子を得た(洗浄、乾燥工程)。 Then, the product obtained in the particle growth step was washed with water, filtered, and dried to obtain precursor particles (washing and drying steps).

なお、粒子成長工程における、pH値は、pHコントローラによりpH調整水溶液の供給流量を調整することで制御され、混合水溶液のpH値の変動幅は、中心値(設定pH値)7.2の上下0.2の範囲内であった。 In addition, the pH value in the particle growth process is controlled by adjusting the supply flow rate of the pH adjustment aqueous solution using a pH controller, and the fluctuation range of the pH value of the mixed aqueous solution is above and below the center value (set pH value) of 7.2. It was within the range of 0.2.

また、核生成工程、および粒子成長工程における、混合水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、5g/Lに維持されていた。 Furthermore, the ammonium ion concentration in the mixed aqueous solution in the nucleation step and particle growth step was maintained at 5 g/L.

[前駆体の評価]
得られた前駆体について、無機酸により溶解した後、ICP発光分光法により化学分析を行ったところ、その組成は、Ni:Co:Mn=0.334:0.333:0.333からなる炭酸塩であることが確認できた。さらに、元素分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック製 型式:FlashEA 1112)を用いて、水素(H)の元素量を測定し、金属(Ni+Co+Mn)との物質量比を算出すると、1.68と多くの水素を含むことが確認できた。また、水素を含有する官能基を有することが確認できた。
[Evaluation of precursor]
After dissolving the obtained precursor in an inorganic acid, chemical analysis was performed by ICP emission spectroscopy, and the composition was found to be carbonic acid consisting of Ni:Co:Mn=0.334:0.333:0.333. It was confirmed that it was salt. Furthermore, the elemental amount of hydrogen (H) was measured using an elemental analyzer (manufactured by Thermo Fisher Scientific, model: FlashEA 1112), and the material amount ratio with metals (Ni + Co + Mn) was calculated to be 1.68. It was confirmed that it contained hydrogen. Furthermore, it was confirmed that it had a hydrogen-containing functional group.

また、この前駆体の粒子について、平均粒径D50を、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて測定した結果、平均粒径は約8.6μmであることが確認できた。 Furthermore, the average particle diameter D50 of the particles of this precursor was measured using a laser diffraction scattering particle size distribution analyzer (Microtrac HRA, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and the average particle diameter was approximately 8.6 μm. I was able to confirm something.

次に、得られた前駆体の粒子のSEM(株式会社日立ハイテクノロジース製、走査電子顕微鏡S-4700)観察(倍率:3000倍)を行ったところ、得られた前駆体の粒子は、略球状であり、粒径がほぼ均一に揃っていることが確認された。 Next, the particles of the obtained precursor were observed by SEM (scanning electron microscope S-4700, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) (magnification: 3000 times), and the particles of the obtained precursor were approximately It was confirmed that the particles were spherical and the particle size was almost uniform.

2.正極活物質の製造、評価
次に、得られた前駆体を用いて正極活物質の製造、評価を行った。
2. Manufacture and Evaluation of Positive Electrode Active Material Next, the obtained precursor was used to manufacture and evaluate a positive electrode active material.

[正極活物質の製造]
上記前駆体を、空気(酸素:21容量%)気流中にて、500℃で2時間の熱処理を行って、熱処理済み粒子である複合酸化物粒子に転換して回収した。次に、熱処理済み粒子とリチウム化合物とを混合し、リチウム混合物を得た。具体的には、得られるリチウム混合物のLi/Me=1.10となるように炭酸リチウムを秤量し、上記熱処理済み粒子と混合してリチウム混合物を調製した。混合は、シェーカーミキサ装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製、TURBULA TypeT2C)を用いて行った。得られたリチウム混合物を大気中(酸素:21容量%)にて、500℃で5時間仮焼した後、910℃で10時間焼成し、冷却した。その後、解砕して正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成は、Li:Ni:Co:Mn=1.10:0.334:0.333:0.333と表される。
[Manufacture of positive electrode active material]
The above precursor was heat-treated at 500° C. for 2 hours in a stream of air (oxygen: 21% by volume) to convert it into composite oxide particles, which were heat-treated particles, and were recovered. Next, the heat-treated particles and the lithium compound were mixed to obtain a lithium mixture. Specifically, lithium carbonate was weighed so that Li/Me of the resulting lithium mixture was 1.10, and mixed with the heat-treated particles to prepare a lithium mixture. The mixing was performed using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C, manufactured by Willy & Backofen (WAB)). The obtained lithium mixture was calcined in the atmosphere (oxygen: 21% by volume) at 500°C for 5 hours, then at 910°C for 10 hours, and then cooled. Thereafter, it was crushed to obtain a positive electrode active material. The composition of the obtained positive electrode active material is expressed as Li:Ni:Co:Mn=1.10:0.334:0.333:0.333.

[正極活物質の評価]
前駆体の粒子の場合と同様の方法で、得られた正極活物質の粒度分布を測定したところ、平均粒径は約7.9μmであることが確認できた。
[Evaluation of positive electrode active material]
When the particle size distribution of the obtained positive electrode active material was measured in the same manner as in the case of the precursor particles, it was confirmed that the average particle size was about 7.9 μm.

また、正極活物質の断面をSEM観察した。正極活物質の断面のSEM観察を行うに当たって、複数の正極活物質粒子の二次粒子を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工により該粒子の断面観察が可能な状態としてから、SEMにより観察を行った。その結果、二次粒子内部の中心部まで均一な細孔を有した構造となっていることが確認できた。 In addition, a cross section of the positive electrode active material was observed by SEM. In conducting SEM observation of the cross section of the positive electrode active material, the secondary particles of a plurality of positive electrode active material particles were embedded in the resin, and the particles were made into a state where the cross section of the particles could be observed by cross-section polishing, and then the SEM observation was performed. . As a result, it was confirmed that the secondary particles had a structure with uniform pores up to the center.

また、これらの断面SEM像の粒子を100個以上観察し、画像解析ソフト(アメリカ国立衛生研究所の開発ソフト、ImageJ)を用いて二次粒子の空隙率を算出した。任意に選択した100個の二次粒子について上記画像解析ソフトを用いて各々の空隙率を算出したところ、中心部まで細孔を持つ粒子(多孔質粒子)の個数割合は、100%であった。なお、多孔質粒子は、二次粒子の空隙率が3体積%を超えている粒子を意味する。多孔質ではない二次粒子は、空隙率が3体積%以下の緻密な粒子である。多孔質粒子の平均空隙率は、22体積%であった。多孔質粒子のうち、多孔質粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下の多孔質粒子の個数割合は、100%であった。 In addition, more than 100 particles in these cross-sectional SEM images were observed, and the porosity of the secondary particles was calculated using image analysis software (ImageJ, software developed by the National Institutes of Health). When the porosity of 100 arbitrarily selected secondary particles was calculated using the above image analysis software, the number ratio of particles with pores extending to the center (porous particles) was 100%. . Note that porous particles mean particles in which the porosity of secondary particles exceeds 3% by volume. The non-porous secondary particles are dense particles with a porosity of 3% by volume or less. The average porosity of the porous particles was 22% by volume. Among the porous particles, the number ratio of porous particles having an internal porosity of 10% by volume or more and 30% by volume or less was 100%.

表2には、多孔質粒子の空隙率として、上述の任意に選択した粒子のうち、多孔質粒子の平均空隙率を示す。また、多孔質粒子の個数割合として、観察した粒子に占める多孔質粒子の割合を示す。さらに、多孔質粒子のうち、多孔質粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である多孔質粒子の個数割合も示す。以下の比較例1に関しても同様である。 Table 2 shows the average porosity of the porous particles among the arbitrarily selected particles mentioned above as the porosity of the porous particles. In addition, as the number ratio of porous particles, the ratio of porous particles to the observed particles is shown. Furthermore, among the porous particles, the number ratio of porous particles whose internal porosity is 10 volume % or more and 30 volume % or less is also shown. The same applies to Comparative Example 1 below.

さらに、タップ密度の測定を行ったところ、約1.9g/ccであることが確認できた。 Furthermore, when the tap density was measured, it was confirmed that it was approximately 1.9 g/cc.

タップ密度は、得られた正極活物質を20mlメスシリンダーに充填後、該メスシリンダーについて、高さ2cmからの自由落下を500回繰り返す方法で密に充填させてから測定を行った。 The tap density was measured after filling a 20 ml measuring cylinder with the obtained positive electrode active material, and then tightly filling the cylinder by repeating free fall from a height of 2 cm 500 times.

また、得られた正極活物質について、流動方式ガス吸着法比表面積測定装置(ユアサアイオニクス社製、マルチソーブ)により比表面積を求めたところ、約1.1m/gであることが確認できた。 In addition, the specific surface area of the obtained positive electrode active material was determined using a fluidized gas adsorption method specific surface area measuring device (manufactured by Yuasa Ionics, Multisorb), and it was confirmed to be approximately 1.1 m 2 /g. .

3.二次電池の製造、評価
[二次電池の製造]
得られた正極活物質を用いて、2032型コイン型電池を作製し、評価した。
3. Manufacturing and evaluation of secondary batteries [Manufacturing of secondary batteries]
Using the obtained positive electrode active material, a 2032 type coin type battery was produced and evaluated.

図3を用いて、作製したコイン型電池の構成について説明する。図3は、コイン型電池の断面構成図を模式的に示している。図3に示すように、このコイン型電池10は、ケース11と、このケース11内に収容された電極12とから構成されている。 The structure of the produced coin-type battery will be explained using FIG. 3. FIG. 3 schematically shows a cross-sectional configuration diagram of a coin-type battery. As shown in FIG. 3, this coin-type battery 10 is comprised of a case 11 and an electrode 12 housed within this case 11.

ケース11は、中空かつ一端が開口された正極缶111と、この正極缶111の開口部に配置される負極缶112とを有する。ケース11は、負極缶112を正極缶111の開口部に配置すると、負極缶112と正極缶111との間に電極12を収容する空間が形成されるように構成されている。 The case 11 includes a positive electrode can 111 that is hollow and has one end opened, and a negative electrode can 112 that is disposed in the opening of the positive electrode can 111. The case 11 is configured such that when the negative electrode can 112 is placed in the opening of the positive electrode can 111, a space for accommodating the electrode 12 is formed between the negative electrode can 112 and the positive electrode can 111.

電極12は、正極121、セパレータ122および負極123からなり、この順で並ぶように積層されており、正極121が正極缶111の内面に接触し、負極123が負極缶112の内面に接触するようにケース11に収容されている。 The electrode 12 consists of a positive electrode 121, a separator 122, and a negative electrode 123, which are stacked in this order so that the positive electrode 121 contacts the inner surface of the positive electrode can 111 and the negative electrode 123 contacts the inner surface of the negative electrode can 112. It is housed in case 11.

なお、ケース11は、ガスケット113を備えており、このガスケット113によって、正極缶111と負極缶112との間が電気的に絶縁状態を維持するように固定されている。また、ガスケット113は、正極缶111と負極缶112との隙間を密封して、ケース11内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。 Note that the case 11 includes a gasket 113, and the gasket 113 fixes the positive electrode can 111 and the negative electrode can 112 so as to maintain an electrically insulated state between them. Furthermore, the gasket 113 also has the function of sealing the gap between the positive electrode can 111 and the negative electrode can 112, thereby creating an airtight and liquid-tight seal between the inside of the case 11 and the outside.

このコイン型電池10を、以下のようにして作製した。まず、得られた正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)7.5mgを溶剤(N-メチル-2-ピロリドン)と共に混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形して、正極121を作製した。作製した正極121を、真空乾燥機中、120℃で12時間乾燥した。この正極121、負極123、セパレータ122および電解液とを用いて、コイン型電池10を、露点が-80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。 This coin-type battery 10 was produced as follows. First, 52.5 mg of the obtained positive electrode active material, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene (PTFE) were mixed together with a solvent (N-methyl-2-pyrrolidone), and the mixture was heated at a pressure of 100 MPa to form a material with a diameter of 11 mm and a thickness of The positive electrode 121 was produced by press molding to a thickness of 100 μm. The produced positive electrode 121 was dried at 120° C. for 12 hours in a vacuum dryer. Using the positive electrode 121, negative electrode 123, separator 122, and electrolyte, a coin-type battery 10 was fabricated in a glove box with an Ar atmosphere whose dew point was controlled at -80°C.

なお、負極123には、直径14mmの円盤状に打ち抜かれた平均粒径20μm程度の黒鉛粉末と、ポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。また、セパレータ122には、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。電解液には、1MのLiClO4を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。 Note that, for the negative electrode 123, graphite powder with an average particle size of about 20 μm punched out into a disk shape of 14 mm in diameter, and a negative electrode sheet in which polyvinylidene fluoride was coated on copper foil were used. Furthermore, a porous polyethylene film with a film thickness of 25 μm was used for the separator 122. As the electrolytic solution, a mixed solution of equal amounts of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) with 1M LiClO 4 as a supporting electrolyte was used.

[電池評価]
得られたコイン型電池10の性能を評価する、初期放電容量は、以下のように定義した。
[Battery evaluation]
The initial discharge capacity, which evaluates the performance of the obtained coin-type battery 10, was defined as follows.

初期放電容量は、作製したコイン型電池10を24時間程度放置し、開回路電圧OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.05C(270mA/gを1Cとする)として、カットオフ電圧4.3Vまで充電した。1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで0.05Cで放電した。このときの放電容量を、初期放電容量とした。上記正極活物質を用いて形成された正極を有するコイン型電池について、電池評価を行ったところ、初期放電容量は、約167mAh/gであった。 The initial discharge capacity is determined by leaving the manufactured coin-type battery 10 for about 24 hours and after the open circuit voltage OCV (open circuit voltage) is stabilized, the current density to the positive electrode is set to 0.05C (270mA/g is 1C). , the battery was charged to a cutoff voltage of 4.3V. After resting for 1 hour, the battery was discharged at 0.05C to a cutoff voltage of 3.0V. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity. When a coin type battery having a positive electrode formed using the above positive electrode active material was evaluated, the initial discharge capacity was approximately 167 mAh/g.

次に、高放電レート特性を評価するため、まず、電流密度を0.01Cとして、上記と同じ条件で充放電し、放電容量を測定した。その後、電流密度を0.2C、0.5C、および1.0Cとして、それぞれ、上記と同じ条件で充放電を3回繰り返し、放電容量を3回測定した。その後、電流密度を2.0Cとして、上記と同じ条件で充放電を3回繰り返し、放電容量を3回測定した。この平均値を、高放電レートの放電容量とした。その値は、約147mAh/gであった。 Next, in order to evaluate high discharge rate characteristics, first, charging and discharging was performed under the same conditions as above at a current density of 0.01 C, and the discharge capacity was measured. Thereafter, charging and discharging were repeated three times under the same conditions as above at current densities of 0.2 C, 0.5 C, and 1.0 C, respectively, and the discharge capacity was measured three times. Thereafter, charging and discharging were repeated three times under the same conditions as above at a current density of 2.0 C, and the discharge capacity was measured three times. This average value was defined as the discharge capacity at a high discharge rate. The value was approximately 147mAh/g.

このときの放電容量の維持率(放電容量維持率)は、約88%であった。放電容量維持率とは、初期放電容量に対する高放電レートの放電容量の割合であり、下記式(1)により求めた。
放電容量維持率(%)=高放電レートの放電容量/初期放電容量×100・・・(1)
The discharge capacity maintenance rate at this time (discharge capacity retention rate) was about 88%. The discharge capacity retention rate is the ratio of the discharge capacity at a high discharge rate to the initial discharge capacity, and was determined by the following formula (1).
Discharge capacity maintenance rate (%) = Discharge capacity at high discharge rate/Initial discharge capacity x 100...(1)

本実施例により得られた前駆体の特性を表1に、正極活物質の特性を表2に、およびこの正極活物質を用いて製造したコイン型電池の各評価を表3に、それぞれ示す。また、以下の比較例1についても、同様の内容について同表に示す。 The characteristics of the precursor obtained in this example are shown in Table 1, the characteristics of the positive electrode active material are shown in Table 2, and the evaluations of the coin type battery manufactured using this positive electrode active material are shown in Table 3. The same table also shows the same contents for Comparative Example 1 below.

[比較例1]
前駆体の製造時の反応槽内への吹込みガスを窒素ガスに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、前駆体、正極活物質、二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1~表3に示す。
[Comparative example 1]
A precursor, a positive electrode active material, and a secondary battery were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the gas blown into the reaction tank during production of the precursor was changed to nitrogen gas. . The results are shown in Tables 1 to 3.

得られた正極活物質について、実施例1と同様にして、正極活物質の断面のSEM観察を行い、画像解析ソフトにより二次粒子の空隙率を算出した。任意に選択した100個の二次粒子のうち、多孔質粒子の個数割合は29%であった。多孔質粒子の平均空隙率は、7%であった。多孔質粒子のうち、多孔質粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下の多孔質粒子の個数割合は0%であった。 Regarding the obtained positive electrode active material, a cross section of the positive electrode active material was observed by SEM in the same manner as in Example 1, and the porosity of the secondary particles was calculated using image analysis software. Among the 100 arbitrarily selected secondary particles, the number ratio of porous particles was 29%. The average porosity of the porous particles was 7%. Among the porous particles, the number ratio of porous particles with an internal porosity of 10 volume % or more and 30 volume % or less was 0%.

Figure 0007389376000001
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Figure 0007389376000002
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Figure 0007389376000003
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実施例1の前駆体は、表1の結果から、いずれも目的組成になっていることを確認できた。さらに、該前駆体から得られた正極活物質は、多孔質粒子の空隙率は10%以上となっており、多孔質粒子の個数の割合も100%となることが確認された。係る正極活物質を用いた電池とすることで、初期放電容量、および高放電レート条件での放電容量が十分に高くできることが確認できた。 From the results in Table 1, it was confirmed that the precursors of Example 1 all had the desired composition. Furthermore, it was confirmed that in the positive electrode active material obtained from the precursor, the porosity of porous particles was 10% or more, and the ratio of the number of porous particles was also 100%. It was confirmed that by using a battery using such a positive electrode active material, the initial discharge capacity and the discharge capacity under high discharge rate conditions could be sufficiently increased.

これに対して、比較例1においては、前駆体について、H/Meが1.60未満となっており、目的組成の前駆体が得られていないことが確認できた。このため、該前駆体を用いて正極活物質を製造した場合、多孔質粒子はほとんど得られず、多孔質粒子の空隙率も小さくなることが確認できた。そして、係る正極活物質を用いて製造した二次電池においては、初期放電容量、および高放電レート条件での放電容量が、いずれも実施例1の場合と比較して劣ることを確認できた。 On the other hand, in Comparative Example 1, the H/Me of the precursor was less than 1.60, and it was confirmed that a precursor with the desired composition was not obtained. Therefore, it was confirmed that when a positive electrode active material was produced using the precursor, hardly any porous particles were obtained, and the porosity of the porous particles was also reduced. It was also confirmed that in the secondary battery manufactured using such a positive electrode active material, both the initial discharge capacity and the discharge capacity under high discharge rate conditions were inferior to those of Example 1.

Claims (3)

リチウム金属複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム金属複合酸化物は、物質量比にしてLi:Ni:Mn:Co:M=α:x:y:z:t(1.00≦α≦1.30、x+y+z+t=1であり、0.25<x<0.60、0<y<0.70、0<z<0.70、0≦t≦0.10、Mは、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、およびWから選択される1種類以上の添加元素である。)で表され、
複数の一次粒子が凝集した、多孔質の二次粒子を含み、
前記多孔質の二次粒子は、前記リチウム金属複合酸化物の断面構造を観察して画像処理して算出した空隙率が3%を超え、中心部まで細孔を持つ粒子であり、
前記多孔質の二次粒子のうち、前記多孔質の二次粒子の内部の空隙率が10体積%以上30体積%以下である二次粒子の個数割合が、80%以上である非水系電解質二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery containing a lithium metal composite oxide,
The lithium metal composite oxide has a material amount ratio of Li:Ni:Mn:Co:M=α:x:y:z:t (1.00≦α≦1.30, x+y+z+t=1, and 0 .25<x<0.60, 0<y<0.70, 0<z<0.70, 0≦t≦0.10, M is Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Fe, One or more additive elements selected from Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and W.)
Contains porous secondary particles in which multiple primary particles aggregate,
The porous secondary particles have a porosity of more than 3%, which is calculated by observing the cross-sectional structure of the lithium metal composite oxide and performing image processing, and have pores up to the center,
Among the porous secondary particles, the number ratio of secondary particles having an internal porosity of 10% by volume or more and 30% by volume or less is 80% or more. Cathode active material for next-generation batteries.
比表面積が、1.0m/g以上である請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, having a specific surface area of 1.0 m 2 /g or more. タップ密度が、1.5g/cc以上である請求項1または2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, having a tap density of 1.5 g/cc or more.
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