JP7621066B2 - Positive electrode active material for lithium ion secondary battery and method for producing same - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法、ならびに前記リチウムイオン二次電池用正極活物質を含有する正極を有するリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries that has low positive electrode resistance and high discharge capacity retention rate when used in a lithium ion secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium ion secondary battery having a positive electrode containing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.
近年、地球環境保護の観点から二酸化炭素の排出量が少ないハイブリット自動車、プラグインハイブリッド自動車などの地球環境にやさしい環境自動車が普及しつつある。環境自動車に用いられる電池のなかでは、出力特性および充放電サイクル特性に優れていることからリチウムイオン二次電池の開発が望まれている。 In recent years, environmentally friendly vehicles such as hybrid vehicles and plug-in hybrid vehicles that emit less carbon dioxide have become more common in order to protect the global environment. Among the batteries used in environmentally friendly vehicles, there is a demand for the development of lithium-ion secondary batteries, which have excellent output characteristics and charge/discharge cycle characteristics.
リチウムイオン二次電池には、一般に有機溶媒電解質(電解液)が用いられた非水系電解質二次電池および不燃性の固体電解質が用いられた全固体電池が知られている。しかし、有機溶媒電解質(電解液)が用いられた非水系電解質二次電池は、可燃性を有することから安全対策を必要とする。これに対して、不燃性の固体電解質が用いられた全固体電池は、固体電解質が不燃性であることから、有機溶媒電解質(電解液)のような安全対策を必要としないという利点を有する。 Lithium ion secondary batteries are generally classified into non-aqueous electrolyte secondary batteries that use an organic solvent electrolyte (electrolyte solution) and all-solid-state batteries that use a non-flammable solid electrolyte. However, non-aqueous electrolyte secondary batteries that use an organic solvent electrolyte (electrolyte solution) are flammable and therefore require safety measures. In contrast, all-solid-state batteries that use a non-flammable solid electrolyte have the advantage that they do not require safety measures like organic solvent electrolytes (electrolyte solutions) because the solid electrolyte is non-flammable.
不燃性の固体電解質が用いられた全固体電池は、正極、負極およびリチウムイオン伝導性固体電解質などで構成されている。正極および負極の活物質には、一般にリチウムの脱離および挿入が可能な材料が用いられている。当該材料が用いられている全固体電池のなかでは、層状またはスピネル型のリチウム金属複合酸化物が正極活物質に用いられている全固体電池は、4.5V以上の起電力が得られることから高いエネルギー密度を有する電池として期待されている。しかし、前記全固体電池には、リチウムイオン伝導性固体電解質と正極活物質とが両者の界面で反応して異種界面が形成され、当該異種界面でリチウムイオンの拡散が妨げられることから電気抵抗が上昇するため、電池の出力特性が低下するという欠点がある。 An all-solid-state battery using a non-flammable solid electrolyte is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion conductive solid electrolyte. The active materials of the positive and negative electrodes are generally made of materials capable of desorption and insertion of lithium. Among all-solid-state batteries using such materials, all-solid-state batteries using layered or spinel-type lithium metal composite oxides as the positive electrode active material are expected to have high energy density because they can obtain an electromotive force of 4.5 V or more. However, the all-solid-state battery has the disadvantage that a heterogeneous interface is formed by the reaction between the lithium ion conductive solid electrolyte and the positive electrode active material at the interface between the two, and the diffusion of lithium ions is hindered at the heterogeneous interface, which increases the electrical resistance and reduces the output characteristics of the battery.
活物質と固体電解質材料との界面抵抗の増加を抑制することができる被覆活物質として、活物質と当該活物質を被覆する被覆層とを有し、当該被覆層がタングステン元素を含有する物質から構成されている被覆活物質が提案されている(例えば、特許文献1参照)。前記被覆活物質には母材粉末としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2が用いられており、当該母材粉末の表面に抵抗低減層を形成する手段として、被覆原料としてタングステン単体およびタングステン化合物を用いた転動流動コーティング法が採用されている。 As a coated active material capable of suppressing an increase in the interface resistance between an active material and a solid electrolyte material, a coated active material has been proposed that has an active material and a coating layer that coats the active material, the coating layer being composed of a material containing elemental tungsten (see, for example, Patent Document 1). The coated active material uses LiNi1 /3Co1 / 3Mn1/ 3O2 as a base powder, and a rolling flow coating method using simple tungsten and a tungsten compound as a coating raw material is adopted as a means for forming a resistance reducing layer on the surface of the base powder.
また、正極合材ペーストのゲル化を抑制し、二次電池に用いたときに電池容量を維持することができ、高出力特性を有し、充放電サイクル特性に優れている非水系電解質二次電池用正極活物質として、層状構造の結晶構造を有するリチウム金属複合酸化物粉末からなり、前記リチウム金属複合酸化物粉末が式:LisNi1-x-y-zCoxMnyMzO2+α(式中、0.05≦x≦0.35、0≦y≦0.35、0≦z≦0.10、1.00<s<1.30、0≦α≦0.2、MはV、Mg、Mo、Nb、Ti、WおよびAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)で表され、一次粒子が凝集して形成された二次粒子とリチウムを含む第2の化合物とを含有し、前記第2の化合物が前記一次粒子表面に存在し、リチウムを含まない酸化物、前記酸化物の水和物およびリチウムを含まない無機酸塩からなる群より選ばれた少なくとも1種の第1の化合物が水の存在下でリチウムイオンと反応して生成した化合物であり、前記正極活物質5gを純水100mLに分散させ、10分間静置させた後の上澄み液のpHが25℃の温度で11~11.9である非水系電解質二次電池用の正極活物質が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which can suppress gelation of a positive electrode composite paste, can maintain battery capacity when used in a secondary battery, has high output characteristics, and is excellent in charge-discharge cycle characteristics, is composed of a lithium metal composite oxide powder having a layered crystal structure, and the lithium metal composite oxide powder has a formula: Li s Ni 1-xyz Co x Mn y M z O 2+α (wherein 0.05≦x≦0.35, 0≦y≦0.35, 0≦z≦0.10, 1.00<s<1.30, 0≦α≦0.2, and M represents at least one element selected from the group consisting of V, Mg, Mo, Nb, Ti, W, and Al), the positive electrode active material contains secondary particles formed by aggregation of primary particles and a second compound containing lithium, the second compound being present on the surface of the primary particles, and the at least one first compound selected from the group consisting of an oxide not containing lithium, a hydrate of the oxide, and an inorganic acid salt not containing lithium being reacted with lithium ions in the presence of water, and the positive electrode active material is dispersed in 5 g of 100 mL of pure water, and the pH of the supernatant liquid after leaving the dispersion for 10 minutes is 11 to 11.9 at a temperature of 25° C. (see, for example, Patent Document 2).
また、全固体電池において、硫化物系固体電解質とLiCoO2との反応が抑制され、界面抵抗を低減させる手段として、母材粉末のLiCoO2粒子の表面に金属アルコキシドを被覆原料とし、ゾルゲル法を用いてLi2SiO3、LiNbO3、LiTaO3などの化合物を被覆する方法が提案されている(例えば、非特許文献1~3参照)。
In addition, in all-solid-state batteries, as a means for suppressing the reaction between the sulfide-based solid electrolyte and LiCoO2 and reducing the interface resistance, a method has been proposed in which a metal alkoxide is used as a coating raw material for coating the surfaces of the LiCoO2 particles of the base powder with compounds such as Li2SiO3 , LiNbO3 , and LiTaO3 using a sol-gel method (see, for example, Non-Patent
しかし、特許文献1~2および非特許文献1~3に記載の発明では、母材粉末を構成するリチウム金属複合酸化物の粒子表面などに水酸化リチウムなどの余剰のリチウム化合物が含まれているため、当該リチウム金属複合酸化物を用いて正極合材ペーストを作製したときに当該リチウム化合物が正極合材ペーストに含まれている溶媒に溶出し、正極合材ペーストがゲル化するおそれがある。 However, in the inventions described in Patent Documents 1-2 and Non-Patent Documents 1-3, excess lithium compounds such as lithium hydroxide are contained on the particle surfaces of the lithium metal composite oxide that constitutes the base powder. When the lithium metal composite oxide is used to prepare a positive electrode composite paste, the lithium compounds may dissolve into the solvent contained in the positive electrode composite paste, causing the positive electrode composite paste to gel.
また、特許文献1および非特許文献1~3に記載のように、母材粉末の粒子表面に抵抗低減層を形成する方法として、タングステン単体またはタングステン化合物が被覆原料として用いられた転動流動コーティング法または金属アルコキシドが被覆原料として用いられたゾルゲル法を採用した場合、原料コストおよび被覆プロセスに要するコストが高いことから、工業的にリチウムイオン二次電池を製造することができない。
In addition, as described in
特許文献1および2に記載の発明では、余剰のリチウム化合物を被覆化合物のリチウム供給源として用いた場合、タングステン化合物、モリブデン化合物などの被覆原料の添加量が当該リチウム化合物の量に対して相対的に少ないとき、得られる正極合材ペーストがゲル化し、被覆原料の添加量が当該リチウム化合物の量に対して相対的に多いとき、ニッケル、コバルトなどとともに複合酸化物を構成している母材粉末自体に必要なリチウムまでが奪われるため、正極活物質としての性能が十分に発現されなくなるおそれがある。
In the inventions described in
また、特許文献2に記載の発明では、被覆原料であるタングステン化合物、モリブデン化合物などの化合物の添加量を決定する際には、あらかじめ少量の母材粉末および被覆原料を用いて試験的に正極活物質を作製し、当該正極活物質のスラリーのpHが所定範囲内となるようにするために必要な前記化合物の量を確認するという煩雑な予備実験が必要であることから、リチウムイオン二次電池を工業的に効率よく生産することができない。
In addition, in the invention described in
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法、ならびに前記リチウムイオン二次電池用正極活物質を含有する正極を有するリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned conventional technology, and aims to provide a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries that has low positive electrode resistance and a high retention rate of discharge capacity when used in lithium ion secondary batteries, a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery having a positive electrode containing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.
本発明は、原料としてリチウム、ニッケルおよびコバルトを含有するリチウム金属複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を含有する母材粉末を用いてリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造する方法であって、
前記リチウム金属複合酸化物が式(I):
Li
s
Ni
1-x-y
Co
x
M
y
O
2+α
(I)
(式中、s、x、yおよびαは、それぞれ1.00≦s≦1.30、0.05≦x≦0.35、0≦y≦0.45および-0.1≦α≦0.2を満たす数、Mは、Alを示す)
で表されるリチウム金属複合酸化物であり、前記二次粒子の表面にタングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩を含有する被覆層が形成され、前記被覆層の平均厚さが3~150nmであり、前記被覆層の厚さのばらつきを示す変動指数(CV%)が15%以下であるリチウムイオン二次電池用正極活物質であり、
前記母材粉末と水との混合物における水の含有率が4~7質量%となるように母材粉末と水とを混合することによって第1混合物を調製し、
前記で得られた第1混合物の温度を25~50℃に調節し、当該第1混合物と被覆原料とを混合することによって第2混合物を調製し、
前記で得られた第2混合物を150~250℃の温度で乾燥させて母材粉末に含まれている二次粒子の表面上に被覆層を形成させることによって正極活物質を製造する工程を含み、
前記被覆原料としてタングステン化合物およびモリブデン化合物からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有する被覆原料を用い、
前記タングステン化合物として酸化タングステン、タングステン酸およびタングステン酸アンモニウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のタングステン化合物を用い、前記モリブデン化合物として酸化モリブデン、モリブデン酸およびモリブデン酸アンモニウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のモリブデン化合物を用い、
前記母材粉末100質量部あたりのタングステンとモリブデンとの合計量を0.1~6質量部に調整することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法に関する。
The present invention provides a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery using a base powder containing secondary particles formed by agglomeration of primary particles of a lithium metal composite oxide containing lithium, nickel, and cobalt as a raw material , comprising the steps of:
The lithium metal composite oxide has the formula (I):
Li s Ni 1-xy C x M y O 2+α (I)
(In the formula, s, x, y, and α are numbers satisfying 1.00≦s≦1.30, 0.05≦x≦0.35, 0≦y≦0.45, and −0.1≦α≦0.2, respectively, and M represents Al.)
a coating layer containing at least one lithium salt selected from the group consisting of lithium tungstate and lithium molybdate is formed on a surface of the secondary particles, the coating layer has an average thickness of 3 to 150 nm, and a coefficient of variation (CV%) indicating the variation in thickness of the coating layer is 15% or less;
preparing a first mixture by mixing a base material powder and water such that the mixture of the base material powder and water has a water content of 4 to 7 mass %;
The temperature of the first mixture obtained above is adjusted to 25 to 50°C, and the first mixture is mixed with a coating material to prepare a second mixture;
The second mixture is dried at a temperature of 150 to 250° C. to form a coating layer on the surface of the secondary particles contained in the base powder, thereby producing a positive electrode active material;
A coating raw material containing at least one compound selected from the group consisting of tungsten compounds and molybdenum compounds is used as the coating raw material,
At least one tungsten compound selected from the group consisting of tungsten oxide, tungstic acid, and ammonium tungstate is used as the tungsten compound, and at least one molybdenum compound selected from the group consisting of molybdenum oxide, molybdic acid, and ammonium molybdate is used as the molybdenum compound,
The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, characterized in that the total amount of tungsten and molybdenum per 100 parts by mass of the base powder is adjusted to 0.1 to 6 parts by mass.
本発明によれば、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法、ならびに前記リチウムイオン二次電池用正極活物質を含有する正極を有するリチウムイオン二次電池が提供される。 The present invention provides a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries that has low positive electrode resistance and high discharge capacity retention when used in lithium ion secondary batteries, a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery having a positive electrode containing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.
以下に、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法、ならびに前記リチウムイオン二次電池用正極活物質を含有する正極を有するリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。本発明は、以下に記載する実施態様のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者の知識に基づいて当該実施態様を変更することができる。 The following provides a detailed description of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention, its manufacturing method, and a lithium ion secondary battery having a positive electrode containing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries. The present invention is not limited to the embodiments described below, and the embodiments can be modified based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
1.リチウムイオン二次電池用正極活物質
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、前記したように、リチウム、ニッケルおよびコバルトを含有するリチウム金属複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を含有する母材粉末が原料として用いられているリチウムイオン二次電池用正極活物質である。
1. Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention is a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries in which, as described above, a base powder containing secondary particles formed by agglomeration of primary particles of a lithium metal composite oxide containing lithium, nickel, and cobalt is used as a raw material.
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、前記二次粒子の表面にタングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩を含有する被覆層が形成され、前記被覆層の平均厚さが3~150μmであり、前記被覆層の厚さのばらつきを示す変動指数(CV%)が15%以下である点に本発明の特徴の1つを有する。本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、前記構成要件を有することから、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いという優れた効果を奏する。 The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention has a feature in that a coating layer containing at least one lithium salt selected from the group consisting of lithium tungstate and lithium molybdate is formed on the surface of the secondary particles, the average thickness of the coating layer is 3 to 150 μm, and the coefficient of variation (CV%) indicating the variation in the thickness of the coating layer is 15% or less. Since the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention has the above-mentioned constituent requirements, it has the excellent effects of low positive electrode resistance and high retention rate of discharge capacity when used in a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池用正極活物質の原料として、リチウム、ニッケルおよびコバルトを含有するリチウム金属複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を含有する母材粉末を用いることができる。 As a raw material for the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, a base powder containing secondary particles formed by agglomeration of primary particles of lithium metal composite oxide containing lithium, nickel, and cobalt can be used.
(1)母材粉末
以下に母材粉末の調製方法を説明するが、本発明は、当該調製方法のみに限定されるものではない。なお、母材粉末は、リチウム金属複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を含有する。当該母材粉末には、リチウム金属複合酸化物の一次粒子が不可避的に若干量で含まれることがある。
(1) Base material powder A method for preparing the base material powder is described below, but the present invention is not limited to this preparation method. The base material powder contains secondary particles formed by aggregation of primary particles of lithium metal composite oxide. The base material powder may inevitably contain a small amount of primary particles of lithium metal composite oxide.
母材粉末を構成するリチウム金属複合酸化物の二次粒子の原料として、リチウム化合物粒子、ニッケル化合物粒子、コバルト化合物粒子および必要により添加金属M粒子を用いることができる。 Lithium compound particles, nickel compound particles, cobalt compound particles, and, if necessary, additive metal M particles can be used as raw materials for the secondary particles of lithium metal composite oxide that constitute the base powder.
(a)金属複合水酸化物(前駆体)粒子の調製
[晶析]
まず、原料溶液として、ニッケル、コバルトおよび必要によりマンガン、アルミニウムなどの添加金属Mを含有する金属化合物の水溶液を調製する。金属化合物の水溶液は、例えば、金属化合物を水温が30℃程度の水中に溶解させることによって容易に調製することができる。前記水としては、イオン交換水などの純水が好ましい。前記金属化合物の水溶液の水温は、30℃程度であることが好ましい。
(a) Preparation of Metal Composite Hydroxide (Precursor) Particles [Crystallization]
First, an aqueous solution of a metal compound containing nickel, cobalt, and, if necessary, an additive metal M such as manganese or aluminum is prepared as a raw material solution. The aqueous solution of the metal compound can be easily prepared, for example, by dissolving the metal compound in water having a temperature of about 30°C. The water is preferably pure water such as ion-exchanged water. The temperature of the aqueous solution of the metal compound is preferably about 30°C.
前記金属化合物としては、例えば、金属硫酸塩、金属アルミン酸塩、金属水和物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの金属化合物は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらの化合物は、いずれも本発明で好適に使用することができる。 Examples of the metal compounds include metal sulfates, metal aluminates, and metal hydrates, but the present invention is not limited to these examples. These metal compounds may be used alone or in combination of two or more types. Any of these compounds can be suitably used in the present invention.
金属化合物の水溶液における金属化合物の濃度は、特に限定されないが、通常、1.0~2.6mol/Lである。 The concentration of the metal compound in the aqueous solution of the metal compound is not particularly limited, but is usually 1.0 to 2.6 mol/L.
次に、前記金属化合物の水溶液を40~60℃の水中に添加し、後述するようにpHおよびアンモニウムイオン(NH4 +)濃度を調整することにより、粒子を晶析させる。粒子を晶析させる際には、一次粒子の凝集による二次粒子の生成が併行して進行する。 Next, the aqueous solution of the metal compound is added to water at 40 to 60° C., and the pH and ammonium ion (NH 4 + ) concentration are adjusted as described below to crystallize the particles. When the particles are crystallized, the formation of secondary particles by aggregation of the primary particles proceeds in parallel.
前記水の温度は、金属複合水酸化物粒子の粗大化を抑制する観点から40℃以上であることが好ましく、金属複合水酸化物粒子の微小化を抑制する観点から60℃以下であることが好ましい。前記水としては、イオン交換水などの純水が好ましい。 The temperature of the water is preferably 40°C or higher in order to prevent the metal composite hydroxide particles from becoming coarse, and is preferably 60°C or lower in order to prevent the metal composite hydroxide particles from becoming finer. The water is preferably pure water such as ion-exchanged water.
なお、前記金属化合物の水溶液を40~60℃の水中に添加する際には、反応槽を用いることが好ましい。反応槽を用いる場合、反応槽に注入された40~60℃の水中に前記金属化合物の水溶液を添加する。以下においては、前記反応槽を用いた場合について説明する。 When adding the aqueous solution of the metal compounds to water at 40 to 60°C, it is preferable to use a reaction tank. When using a reaction tank, the aqueous solution of the metal compounds is added to water at 40 to 60°C that has been poured into the reaction tank. The following describes the case where the reaction tank is used.
前記金属化合物の水溶液を40~60℃の水中に添加する際には、粒子を効率よく晶析させる観点から当該水を攪拌することが好ましい。 When the aqueous solution of the metal compound is added to water at 40 to 60°C, it is preferable to stir the water in order to efficiently crystallize the particles.
粒子を晶析させる際、当該粒子が「中実」の粒子構造を有するようにする場合には、例えば、前記反応槽の上部から窒素ガスなどの不活性ガスを導入し、前記反応槽内の雰囲気が、酸素濃度が1容積%以下である非酸化性雰囲気となるように調整することが好ましい。 When crystallizing particles, if the particles are to have a "solid" particle structure, it is preferable to introduce an inert gas such as nitrogen gas from the top of the reaction tank and adjust the atmosphere in the reaction tank to a non-oxidizing atmosphere with an oxygen concentration of 1% by volume or less.
また、前記粒子が「中空」または「多孔」の粒子構造を有するようにする場合には、例えば、前記反応槽内の雰囲気を空気などの酸化性雰囲気に調整し、水酸化ナトリウム水溶液などのpH調整剤で反応槽内の水のpHを11.0~12.5に調整しながら、前記金属化合物の水溶液およびアンモニウムイオン(NH4 +)濃度を調整するためのアンモニア水を前記反応槽内に添加することが好ましい。前記水のpHは、正極活物質に残存する硫酸塩の濃度を低下させ、電池の出力特性を向上させる観点から11.0以上であることが好ましく、金属複合水酸化物粒子が小さくなり過ぎることを抑制する観点から12.5以下であることが好ましい。前記反応槽内の内容物におけるアンモニウムイオン(NH4 +)の濃度は、晶析処理を安定化させる観点から、好ましくは5~30g/L、より好ましくは10~20g/Lである。 In addition, when the particles are to have a "hollow" or "porous" particle structure, it is preferable to add the aqueous solution of the metal compound and ammonia water to adjust the ammonium ion (NH 4 + ) concentration to the reaction tank while adjusting the pH of the water in the reaction tank to 11.0 to 12.5 with a pH adjuster such as an aqueous sodium hydroxide solution. The pH of the water is preferably 11.0 or more from the viewpoint of reducing the concentration of sulfate remaining in the positive electrode active material and improving the output characteristics of the battery, and is preferably 12.5 or less from the viewpoint of preventing the metal composite hydroxide particles from becoming too small. The concentration of ammonium ion (NH 4 + ) in the content of the reaction tank is preferably 5 to 30 g/L, more preferably 10 to 20 g/L, from the viewpoint of stabilizing the crystallization treatment.
粒子の晶析後、当該粒子が「中実」、「中空」および「多孔」のうちのいずれかの粒子構造を有するようにするために、以下の条件下で引き続いて処理を行なう。 After the particles are crystallized, they are subsequently processed under the following conditions to ensure that they have one of the following particle structures: solid, hollow, or porous.
前記粒子が「中実」の粒子構造を有するようにする場合には、例えば、前記反応槽内を非酸化性雰囲気に維持した状態で粒子を成長させるための晶析処理を継続することが好ましい。前記粒子が「中空」の粒子構造を有するようにする場合には、前記金属化合物の水溶液およびアンモニア水の添加を停止し、前記反応槽内の雰囲気を酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に変更した後、前記金属化合物の水溶液およびアンモニア水の添加を再開し、粒子を成長させるための晶析処理を継続することが好ましい。前記粒子が「多孔」の粒子構造を有するようにする場合には、例えば、前記金属化合物の水溶液およびアンモニア水の添加を停止し、前記反応槽内の雰囲気を酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に変更し、前記金属化合物の水溶液およびアンモニア水の添加を再開し、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に変更し、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に変更する一連の操作を複数回行なうことにより、粒子を成長させるための晶析処理を継続することが好ましい。 When the particles are to have a "solid" particle structure, it is preferable to continue the crystallization process for growing the particles while maintaining the reaction tank in a non-oxidizing atmosphere. When the particles are to have a "hollow" particle structure, it is preferable to stop the addition of the aqueous solution of the metal compound and the ammonia water, change the atmosphere in the reaction tank from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere, and then resume the addition of the aqueous solution of the metal compound and the ammonia water to continue the crystallization process for growing the particles. When the particles are to have a "porous" particle structure, it is preferable to continue the crystallization process for growing the particles by performing a series of operations multiple times, for example, stopping the addition of the aqueous solution of the metal compound and the ammonia water, changing the atmosphere in the reaction tank from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere, resuming the addition of the aqueous solution of the metal compound and the ammonia water, changing the atmosphere from a non-oxidizing atmosphere to an oxidizing atmosphere, and changing the atmosphere from an oxidizing atmosphere to a non-oxidizing atmosphere.
以上説明したように、前記反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気または酸化性雰囲気に制御することにより、金属複合水酸化物が所定の粒子構造を有するように調整することができる。 As explained above, by controlling the atmosphere in the reaction tank to a non-oxidizing atmosphere or an oxidizing atmosphere, the metal composite hydroxide can be adjusted to have a predetermined particle structure.
ここで、前記反応槽内の温度を40~60℃に制御することにより、金属複合水酸化物の粒径を好ましい大きさに調整することができる。また、前記水のpHを11.0~12.5に制御することにより、後工程における硫酸塩の低減および粒径の調整を図ることができる。また、アンモニウムイオン(NH4 +)濃度を好ましくは5~30g/L、より好ましくは10~20g/Lに制御することにより、晶析処理を安定させることができる。 Here, by controlling the temperature in the reaction tank to 40 to 60°C, the particle size of the metal composite hydroxide can be adjusted to a preferred size. In addition, by controlling the pH of the water to 11.0 to 12.5, it is possible to reduce sulfates in the subsequent process and adjust the particle size. In addition, by controlling the ammonium ion ( NH4 + ) concentration to preferably 5 to 30 g/L, more preferably 10 to 20 g/L, it is possible to stabilize the crystallization treatment.
前記操作を行なうことによって金属複合水酸化物(前駆体)粒子が得られる。当該金属複合水酸化物粒子の空隙率は、粒子強度を向上させるとともに、電解液との接触面積を向上させる観点から、金属複合水酸化物粒子の粒子構造が「中実」である場合には、好ましくは20%以下、より好ましくは5%以下であり、金属複合水酸化物粒子の粒子構造が「中空」である場合には、好ましくは10~90%、より好ましくは20~50%であり、金属複合水酸化物粒子の粒子構造が「多孔」である場合には、好ましくは40~90%、より好ましくは50~80%である。 By carrying out the above-mentioned operation, metal composite hydroxide (precursor) particles are obtained. From the viewpoint of improving the particle strength and increasing the contact area with the electrolyte, the porosity of the metal composite hydroxide particles is preferably 20% or less, more preferably 5% or less, when the particle structure of the metal composite hydroxide particles is "solid", is preferably 10 to 90%, more preferably 20 to 50%, when the particle structure of the metal composite hydroxide particles is "hollow", and is preferably 40 to 90%, more preferably 50 to 80%, when the particle structure of the metal composite hydroxide particles is "porous".
[濾過・乾燥]
前記で得られた金属複合水酸化物粒子の晶析物を、例えば、フィルタープレス濾過機などの濾過装置で固液分離し、回収された固体の金属複合水酸化物粒子を洗浄水で洗浄することにより、当該金属複合水酸化物粒子から不純物を除去することができる。
[Filtration and drying]
The crystallized product of the metal composite hydroxide particles obtained above is subjected to solid-liquid separation using a filtering device such as a filter press filter, and the recovered solid metal composite hydroxide particles are washed with washing water, whereby impurities can be removed from the metal composite hydroxide particles.
水洗された金属複合水酸化物粒子の表面に水分が付着していることから、当該金属複合水酸化物粒子を乾燥機で乾燥させることが好ましい。乾燥機としては、例えば、静置式乾燥機、流動式乾燥機、気流式乾燥機などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記乾燥機として加熱式乾燥機を用いる場合、当該加熱式乾燥機は、乾燥雰囲気中で炭素ガスを発生しない電気加熱式乾燥機であることが好ましい。 Since moisture is attached to the surface of the washed metal composite hydroxide particles, it is preferable to dry the metal composite hydroxide particles in a dryer. Examples of dryers include a stationary dryer, a fluidized dryer, and an airflow dryer, but the present invention is not limited to these examples. When a heating dryer is used as the dryer, it is preferable that the heating dryer is an electric heating dryer that does not generate carbon gas in a dry atmosphere.
金属複合水酸化物粒子の乾燥温度は、乾燥効率を高める観点から、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上であり、金属複合水酸化物粒子の劣化を抑制する観点から、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下である。金属複合水酸化物粒子の乾燥時間は、当該金属複合水酸化物粒子の乾燥温度などによって異なるので一概には決定することができないことから、当該金属複合水酸化物粒子の乾燥温度などに応じて適宜決定することが好ましいが、通常、1~5時間程度である。 The drying temperature for the metal composite hydroxide particles is preferably 100°C or higher, more preferably 120°C or higher, from the viewpoint of increasing the drying efficiency, and is preferably 200°C or lower, more preferably 180°C or lower, from the viewpoint of suppressing deterioration of the metal composite hydroxide particles. The drying time for the metal composite hydroxide particles varies depending on the drying temperature of the metal composite hydroxide particles, and therefore cannot be determined in general terms. Therefore, it is preferable to determine the drying time appropriately depending on the drying temperature of the metal composite hydroxide particles, but it is usually about 1 to 5 hours.
金属複合水酸化物粒子の平均粒子径は、金属複合水酸化物粒子の充填密度を高めることによって電池容量を高める観点から、好ましくは3μm以上、より好ましくは4μm以上であり、正極活物質の比表面積を高め、電池の出力特性を向上させる観点から、好ましくは20μm以下、より好ましくは15μm以下である。金属複合水酸化物粒子の平均粒子径は、レーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置〔マイクロトラック・ベル(株)製、商品名:マイクロトラックMT3300EXII〕を用いて測定された体積基準分布から求められる。 The average particle diameter of the metal composite hydroxide particles is preferably 3 μm or more, more preferably 4 μm or more, from the viewpoint of increasing the packing density of the metal composite hydroxide particles to increase the battery capacity, and is preferably 20 μm or less, more preferably 15 μm or less, from the viewpoint of increasing the specific surface area of the positive electrode active material and improving the output characteristics of the battery. The average particle diameter of the metal composite hydroxide particles is determined from the volume-based distribution measured using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd., product name: Microtrack MT3300EXII).
なお、金属複合水酸化物粒子の組成は、例えば、酸分解-ICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析法などの化学的分析法によって分析することができる。 The composition of the metal composite hydroxide particles can be analyzed by chemical analysis methods such as acid decomposition-ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometry.
(b)金属複合酸化物(中間物)粒子の調製
[酸化焙焼]
前記で得られた金属複合水酸化物粒子を空気などの酸素含有雰囲気中で酸化焙焼させることにより、酸化焙焼物である金属複合酸化物粒子を得ることができる。
(b) Preparation of metal composite oxide (intermediate) particles [oxidizing roasting]
The metal composite hydroxide particles obtained above are oxidatively roasted in an oxygen-containing atmosphere such as air, whereby metal composite oxide particles, which are oxidatively roasted products, can be obtained.
金属複合水酸化物粒子を酸化焙焼させる際には、例えば、高温加熱炉などの加熱炉を用いることができる。加熱炉は、バッチ式加熱炉および連続式加熱炉のいずれであってもよい。加熱炉のなかでは、燃焼ガスが発生するおそれがないことから、電気炉が好ましい。 When the metal composite hydroxide particles are oxidized and roasted, a heating furnace such as a high-temperature heating furnace can be used. The heating furnace may be either a batch type heating furnace or a continuous type heating furnace. Among heating furnaces, an electric furnace is preferred because there is no risk of combustion gas being generated.
金属複合水酸化物粒子を酸化焙焼させる際の温度は、金属複合酸化物粒子の機械的強度を向上させるとともに金属複合酸化物粒子の焼結を防止する観点から、好ましくは800~1000℃、より好ましくは800~900℃である。金属複合水酸化物粒子を酸化焙焼させるのに要する時間は、金属複合水酸化物粒子を酸化焙焼させる際の温度などによって異なるので一概には決定することができないことから、当該金属複合水酸化物粒子を酸化焙焼させる際の温度などに応じて適宜決定することが好ましいが、通常、1~5時間程度である。 The temperature at which the metal composite hydroxide particles are oxidatively roasted is preferably 800 to 1000°C, more preferably 800 to 900°C, from the viewpoint of improving the mechanical strength of the metal composite oxide particles and preventing sintering of the metal composite oxide particles. The time required to oxidatively roast the metal composite hydroxide particles varies depending on the temperature at which the metal composite hydroxide particles are oxidatively roasted and cannot be determined in general terms. Therefore, it is preferable to determine the time appropriately depending on the temperature at which the metal composite hydroxide particles are oxidatively roasted, but it is usually about 1 to 5 hours.
金属複合水酸化物粒子を酸化焙焼させる前には、金属複合水酸化物粒子から水分を十分に除去し、当該金属複合水酸化物粒子の機械的強度を向上させる観点から、当該金属複合水酸化物粒子を仮焼してもよい。前記金属複合水酸化物粒子の仮焼は、例えば、金属複合水酸化物粒子を400~550℃、好ましくは450~500℃の温度で1~3時間程度加熱することによって行なうことができる。 Before subjecting the metal composite hydroxide particles to oxidative roasting, the metal composite hydroxide particles may be calcined in order to sufficiently remove moisture from the metal composite hydroxide particles and improve the mechanical strength of the metal composite hydroxide particles. Calcination of the metal composite hydroxide particles can be carried out, for example, by heating the metal composite hydroxide particles at a temperature of 400 to 550°C, preferably 450 to 500°C, for about 1 to 3 hours.
金属複合酸化物粒子の平均粒子径は、金属複合酸化物粒子の充填密度を高めることによって電池容量を高める観点から、好ましくは3μm以上、より好ましくは4μm以上であり、正極活物質の比表面積を高め、電池の出力特性を向上させる観点から、好ましくは20μm以下、より好ましくは15μm以下である。金属複合酸化物粒子の平均粒子径は、レーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置〔マイクロトラック・ベル(株)製、商品名:マイクロトラックMT3300EXII〕を用いて測定された体積基準分布から求められる。 The average particle diameter of the metal composite oxide particles is preferably 3 μm or more, more preferably 4 μm or more, from the viewpoint of increasing the packing density of the metal composite oxide particles to increase the battery capacity, and is preferably 20 μm or less, more preferably 15 μm or less, from the viewpoint of increasing the specific surface area of the positive electrode active material and improving the output characteristics of the battery. The average particle diameter of the metal composite oxide particles is determined from the volume-based distribution measured using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd., product name: Microtrack MT3300EXII).
なお、金属複合酸化物粒子の組成は、例えば、酸分解-ICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析法などの化学的分析法によって分析することができる。 The composition of the metal composite oxide particles can be analyzed by chemical analysis methods such as acid decomposition-ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometry.
(c)母材粉末の調製
母材粉末の原料として、前記金属複合酸化物粒子およびリチウム化合物粒子が用いられる。
(c) Preparation of Base Powder The metal composite oxide particles and lithium compound particles are used as raw materials for the base powder.
[リチウム化合物粒子]
リチウム化合物粒子を構成するリチウム化合物としては、例えば、炭酸リチウム(Li2CO3、融点:723℃)、水酸化リチウム(LiOH、融点:462℃)、硝酸リチウム(LiNO3、融点:261℃)、塩化リチウム(LiCl、融点:613℃)、硫酸リチウム(Li2SO4、融点:859℃)などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのリチウム化合物は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらのリチウム化合物のなかでは、取り扱いが容易であり、品質が安定していることから、水酸化リチウムおよび炭酸リチウムが好ましい。
[Lithium compound particles]
Examples of the lithium compounds constituting the lithium compound particles include lithium carbonate ( Li2CO3 , melting point: 723°C), lithium hydroxide (LiOH, melting point: 462°C), lithium nitrate ( LiNO3 , melting point: 261°C), lithium chloride (LiCl, melting point: 613°C), and lithium sulfate ( Li2SO4 , melting point: 859°C), but the present invention is not limited to these examples. Each of these lithium compounds may be used alone, or two or more types may be used in combination. Among these lithium compounds, lithium hydroxide and lithium carbonate are preferred because they are easy to handle and have stable quality.
リチウム化合物粒子の最大粒子径は、10μm以下であることが好ましく、リチウム化合物粒子の平均粒子径は、5μm以下であることが好ましい。リチウム化合物粒子の最大粒子径は、平均粒子径は、レーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置〔マイクロトラック・ベル(株)製、商品名:マイクロトラックMT3300EXII〕を用いて測定され、リチウム化合物粒子の平均粒子径は、当該測定装置を用いて測定された体積基準分布から求められる。 The maximum particle size of the lithium compound particles is preferably 10 μm or less, and the average particle size of the lithium compound particles is preferably 5 μm or less. The maximum particle size and the average particle size of the lithium compound particles are measured using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd., product name: Microtrack MT3300EXII), and the average particle size of the lithium compound particles is determined from the volume-based distribution measured using the measuring device.
[リチウム混合物の調製]
前記金属複合酸化物粒子とリチウム化合物粒子とを混合することにより、リチウム混合物が得られる。
[Preparation of lithium mixture]
The metal composite oxide particles and lithium compound particles are mixed to obtain a lithium mixture.
前記金属複合酸化物粒子とリチウム化合物粒子とは、リチウム金属複合酸化物に含まれている金属元素の原子数の合計量とリチウムの原子数との比の値(以下、単に「比の値」という)が1.0~1.2となるように混合することが好ましい。前記比の値の上限値は、粒子径および結晶子径の粗大化を抑制し、サイクル特性を向上させる観点から、好ましくは1.2以下である。前記比の値で金属複合酸化物とリチウム化合物とを混合した場合、リチウムサイトである3aサイトにリチウム原子が取り込まれることから、電池特性を向上させることができる。前記サイトは、結晶学的に等価な格子位置を意味する。格子位置に原子が存在することを「サイトが占有される」といい、占有されたサイトは「占有サイト」と称される。LiCoO2を例に挙げると、当該LiCoO2には3つの占有サイトが存在する。3つの占有サイトは、それぞれリチウムサイト、コバルトサイトおよび酸素サイトと称されたり、3aサイト、3bサイトおよび6cサイトと称されたりする。 The metal composite oxide particles and the lithium compound particles are preferably mixed so that the ratio value between the total number of atoms of the metal elements contained in the lithium metal composite oxide and the number of lithium atoms (hereinafter simply referred to as the "ratio value") is 1.0 to 1.2. The upper limit of the ratio value is preferably 1.2 or less from the viewpoint of suppressing the coarsening of the particle size and the crystallite size and improving the cycle characteristics. When the metal composite oxide and the lithium compound are mixed at the ratio value, lithium atoms are taken into the 3a site, which is a lithium site, so that the battery characteristics can be improved. The site means a crystallographically equivalent lattice position. The presence of an atom at a lattice position is said to be "occupied by the site", and the occupied site is called an "occupied site". Taking LiCoO 2 as an example, there are three occupied sites in LiCoO 2. The three occupied sites are called lithium sites, cobalt sites, and oxygen sites, or 3a sites, 3b sites, and 6c sites, respectively.
[母材粉末の調製]
前記リチウム混合物を空気などの酸化性雰囲気中で焼成することにより、リチウム金属複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を含有する母材粉末が得られる。酸化性雰囲気における酸素濃度は、18~100容量%であることが好ましい。
[Preparation of base powder]
The lithium mixture is fired in an oxidizing atmosphere such as air to obtain a base powder containing secondary particles formed by aggregation of primary particles of the lithium metal composite oxide. The oxygen concentration in the oxidizing atmosphere is preferably 18 to 100% by volume.
リチウム混合物の焼成温度は、未反応のリチウム化合物の量を低減させ、結晶性を向上させる観点から、好ましくは800℃以上、より好ましくは900℃以上であり、リチウム金属複合酸化物の粒子間で焼結が過度に進行することを抑制する観点から、1000℃以下であることが好ましい。リチウム混合物の焼成時間は、リチウム混合物の焼成温度などによって異なることから一概には決定することができないため、当該リチウム混合物の焼成温度などに応じて適宜決定することが好ましいが、通常、好ましくは1~20時間程度、より好ましくは10~15時間程度である。 The calcination temperature of the lithium mixture is preferably 800°C or higher, more preferably 900°C or higher, from the viewpoint of reducing the amount of unreacted lithium compounds and improving crystallinity, and is preferably 1000°C or lower, from the viewpoint of suppressing excessive sintering between the particles of the lithium metal composite oxide. The calcination time of the lithium mixture cannot be determined in general because it varies depending on the calcination temperature of the lithium mixture, and is preferably determined appropriately depending on the calcination temperature of the lithium mixture, but is usually preferably about 1 to 20 hours, more preferably about 10 to 15 hours.
前記リチウム混合物を焼成させる前には、当該リチウム混合物の焼成時の反応を穏やかに進行させて焼成物の機械的強度を向上させ、未反応のリチウム化合物の量を低減させて結晶性を向上させる観点から、当該リチウム混合物を空気などの酸素含有雰囲気中で仮焼してもよい。前記リチウム混合物の仮焼は、例えば、リチウム混合物を400~550℃、好ましくは450~500℃の温度で1~3時間程度加熱することによって行なうことができる。酸素含有雰囲気における酸素濃度は、18~100容量%であることが好ましい。 Before calcining the lithium mixture, the lithium mixture may be calcined in an oxygen-containing atmosphere such as air in order to improve the mechanical strength of the calcined product by gently proceeding the reaction during calcination of the lithium mixture and to reduce the amount of unreacted lithium compounds and improve crystallinity. Calcination of the lithium mixture can be performed, for example, by heating the lithium mixture at a temperature of 400 to 550°C, preferably 450 to 500°C, for about 1 to 3 hours. The oxygen concentration in the oxygen-containing atmosphere is preferably 18 to 100% by volume.
以上のようにして、前記リチウム混合物を焼成することにより、前記金属複合酸化物粒子とリチウム化合物粒子とからリチウム金属複合酸化物の一次粒子が形成され、当該リチウム金属複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を含有する母材粉末が得られる。前記二次粒子は、通常、球状ないし楕円球状を有するが、不定形の粒子が含まれていてもよい。 By firing the lithium mixture in the above manner, primary particles of lithium metal composite oxide are formed from the metal composite oxide particles and the lithium compound particles, and a base powder containing secondary particles formed by agglomeration of the primary particles of the lithium metal composite oxide is obtained. The secondary particles are usually spherical or elliptical, but may also contain particles of irregular shape.
前記リチウム金属複合酸化物の一次粒子の粒子径は、特に限定されないが、通常、0.2~1μm程度である。また、前記二次粒子の粒子径は、通常、3~30μm程度である。前記一次粒子および前記二次粒子の粒子径は、レーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置〔マイクロトラック・ベル(株)製、商品名:マイクロトラックMT3300EXII〕を用いて測定された体積基準分布から求められる。 The particle size of the primary particles of the lithium metal composite oxide is not particularly limited, but is usually about 0.2 to 1 μm. The particle size of the secondary particles is usually about 3 to 30 μm. The particle sizes of the primary particles and the secondary particles are determined from the volume-based distribution measured using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (manufactured by Microtrac-Bell, product name: Microtrac MT3300EXII).
前記母材粉末は、本質的には前記二次粒子で構成されるが、当該二次粒子以外に前記一次粒子が不可避的に微量で含まれることがある。 The base powder is essentially composed of the secondary particles, but may unavoidably contain trace amounts of the primary particles in addition to the secondary particles.
本発明では、リチウムイオン二次電池用正極活物質の原料として、前記で得られた母材粉末を用いることができるが、商業的に入手することができる母材粉末を用いてもよい。商業的に入手することができる母材粉末のなかで、当該母材粉末を用いて調製されたスラリーが所定のpHを呈するものは、前記母材粉末として用いることができる。母材粉末のスラリーのpHは後述する。 In the present invention, the base material powder obtained as described above can be used as the raw material for the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, but commercially available base material powders may also be used. Among commercially available base material powders, those that produce a slurry having a predetermined pH using the base material powder can be used as the base material powder. The pH of the base material powder slurry will be described later.
ところで、本発明の正極活物質の表面に形成されている被覆層の平均厚さは、後述するように3~150nmと非常に薄いことから、本発明の正極活物質は、母材粉末の平均粒子径MV、粒度分布、タップ密度(嵩密度)などの粉体特性および粒子構造を継承する。したがって、母材粉末の粉体特性および粒子構造を選択することにより、当該母材粉末が有する性質を正極活物質に付与することができる。 The coating layer formed on the surface of the positive electrode active material of the present invention has an extremely thin average thickness of 3 to 150 nm, as described below, so the positive electrode active material of the present invention inherits the powder characteristics and particle structure of the base powder, such as the average particle diameter MV, particle size distribution, and tap density (bulk density). Therefore, by selecting the powder characteristics and particle structure of the base powder, it is possible to impart the properties of the base powder to the positive electrode active material.
〔リチウム金属複合酸化物の組成〕
母材粉末は、前記したように、実質的に前記二次粒子で構成されるが、前記二次粒子以外に前記一次粒子が不可避的に微量で含まれることがある。前記一次粒子および前記二次粒子は、いずれも、リチウム金属複合酸化物で構成される。
[Composition of lithium metal composite oxide]
As described above, the base powder is substantially composed of the secondary particles, but may inevitably contain a small amount of the primary particles in addition to the secondary particles. Both the primary particles and the secondary particles are composed of a lithium metal composite oxide.
リチウム金属複合酸化物は、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質を得る観点から、式(I):
LisNi1-x-yCoxMyO2+α (I)
(式中、s、x、yおよびαは、それぞれ1.00≦s≦1.30、0.05≦x≦0.35、0≦y≦0.45および-0.1≦α≦0.2を満たす数、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、Ti、WおよびAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属元素を示す)
で表されるリチウム金属複合酸化物であることが好ましい。
The lithium metal composite oxide is represented by the formula (I):
Li s Ni 1-xy C x M y O 2+α (I)
(In the formula, s, x, y, and α are numbers satisfying 1.00≦s≦1.30, 0.05≦x≦0.35, 0≦y≦0.45, and −0.1≦α≦0.2, respectively, and M represents at least one metal element selected from the group consisting of Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti, W, and Al.)
It is preferable that the lithium metal composite oxide is represented by the following formula:
なお、母材粉末の組成は、例えば、母材粉末と無機酸(35%塩酸)とをそれぞれ適量で用いて混合し、得られた混合物を加熱分解させ、得られた分解液に適量の純水を添加することによって分析検体液を調製し、当該分析検体液をマルチ型ICP発光分光分析装置〔(株)島津製作所製、品番:ICPE-9000〕で分光分析を行なうことにより、特定することができる。 The composition of the base powder can be determined, for example, by mixing the base powder and inorganic acid (35% hydrochloric acid) in appropriate amounts, decomposing the mixture by heating, adding an appropriate amount of pure water to the decomposition liquid to prepare an analytical specimen liquid, and subjecting the analytical specimen liquid to spectroscopic analysis using a multi-type ICP optical emission spectrometer (Shimadzu Corporation, product number: ICPE-9000).
〔母材粉末のスラリーのpH〕
母材粉末に含まれている余剰のリチウム化合物は、主として水酸化リチウムによって構成されていることから、母材粉末における余剰のリチウム化合物の含有率と母材粉末のスラリーのpHとの間には強い相関性がある。したがって、母材粉末のスラリーのpHを測定することにより、母材粉末における余剰のリチウム化合物の含有率を従来の滴定法よりも迅速かつ簡便に特定することができる。
[pH of base powder slurry]
Since the excess lithium compound contained in the base material powder is mainly composed of lithium hydroxide, there is a strong correlation between the content of the excess lithium compound in the base material powder and the pH of the base material powder slurry. Therefore, by measuring the pH of the base material powder slurry, the content of the excess lithium compound in the base material powder can be determined more quickly and simply than by conventional titration methods.
母材粉末のスラリーは、母材粉末5gに対して純水95mLの割合で母材粉末と純水とを混合し、母材粉末を純水に分散させることによって調製することができる。母材粉末のスラリーのpHは、母材粉末に含まれている余剰のリチウム化合物の含有率を最適含有率である0.045~1.6質量%に制御する観点から、好ましくは10.5~12.5、より好ましくは11.0~12.5、さらに好ましくは11.0~12.2、さらに一層好ましくは11.6~12.2である。 The base material powder slurry can be prepared by mixing the base material powder with pure water in a ratio of 5 g of base material powder to 95 mL of pure water, and dispersing the base material powder in the pure water. The pH of the base material powder slurry is preferably 10.5 to 12.5, more preferably 11.0 to 12.5, even more preferably 11.0 to 12.2, and even more preferably 11.6 to 12.2, from the viewpoint of controlling the content of excess lithium compounds contained in the base material powder to the optimal content of 0.045 to 1.6 mass %.
母材粉末のスラリーのpHは、母材粉末のスラリーを10分間静置した後、その上澄み液のpHをpHメーター〔サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製、商品名:Orion-star-A214(卓上型)または商品名:Orion-star-A221(ハンディ型)〕で測定したときの値である。 The pH of the base powder slurry is the value measured when the base powder slurry is left to stand for 10 minutes and the pH of the supernatant is measured with a pH meter (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., product name: Orion-star-A214 (tabletop type) or product name: Orion-star-A221 (handheld type)).
〔母材粉末の平均粒子径MVおよび粒度分布〕
母材粉末の粒度分布の広がりを示す指標である粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径MV〕は、正極活物質の充填性および電池容積あたりの電池容量を高め、正極活物質を構成している二次粒子間における印加電圧を均一化させ、当該二次粒子間での負荷を均一化させてサイクル特性を高める観点から、1.0以下であることが好ましい。
[Average particle size MV and particle size distribution of base powder]
The particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution of the base powder, is preferably 1.0 or less from the viewpoints of improving the packing property of the positive electrode active material and the battery capacity per battery volume, uniforming the applied voltage between the secondary particles constituting the positive electrode active material, and uniforming the load between the secondary particles to improve cycle characteristics.
前記粒度分布の広がりを示す指標である粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径MV〕において、d10は、各粒子径を有する粒子の粒子数を粒子径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の10%であるときの粒子径を意味する。d90は、d10と同様に、各粒子径を有する粒子の粒子数を粒子径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の90%であるときの粒子径を意味する。 In the particle size distribution [(d90-d10)/average particle size MV], which is an index showing the spread of the particle size distribution, d10 means the particle size when the number of particles having each particle size is accumulated from the smallest particle size side and the accumulated volume is 10% of the total volume of all particles. d90, like d10, means the particle size when the number of particles having each particle size is accumulated from the smallest particle size side and the accumulated volume is 90% of the total volume of all particles.
母材粉末の平均粒子径MVおよび粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径MV〕は、レーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置〔マイクロトラック・ベル(株)製、商品名:マイクロトラックMT3300EXII〕を用いて測定された母材粉末の体積基準分布から求められる。 The average particle size MV and particle size distribution [(d90-d10)/average particle size MV] of the base powder are determined from the volume-based distribution of the base powder measured using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device [Microtrac-Bell, product name: Microtrac MT3300EXII].
なお、d10およびd90と同様に、累積体積が全粒子体積の50%となる粒子径、換言すればメジアン径となるd50を平均粒子径MVの代わりに用いることがある。 As with d10 and d90, the particle diameter where the cumulative volume is 50% of the total particle volume, in other words the median diameter d50, is sometimes used instead of the average particle diameter MV.
〔母材粉末のタップ密度(嵩密度)〕
母材粉末のタップ密度は、リチウムイオン二次電池の電極を作製したときの空隙を減少させて電池性能を高める観点から、好ましくは1.0/cm3以上、より好ましくは1.8/cm3以上、さらに好ましくは2.0/cm3以上である。また、母材粉末のタップ密度は、正極活物質を非水系電解質リチウムイオン二次電池に用いたときに正極活物質と電解液との接触面積を向上させ、正極活物質を全固体リチウムイオン二次電池に用いたときに正極活物質の粒子間に固体電解質を導入させてリチウムイオン二次電池の電気抵抗を低減させ、電池容量を高める観点から、好ましくは3.0/cm3以下、より好ましくは2.4/cm3以下、さらに好ましくは2.2/cm3以下である。
[Tap density (bulk density) of base powder]
The tap density of the base material powder is preferably 1.0/cm 3 or more, more preferably 1.8/cm 3 or more, and even more preferably 2.0/cm 3 or more, from the viewpoint of reducing voids when an electrode for a lithium ion secondary battery is produced and improving battery performance. The tap density of the base material powder is preferably 3.0/cm 3 or less, more preferably 2.4/cm 3 or less, and even more preferably 2.2/cm 3 or less, from the viewpoint of improving the contact area between the positive electrode active material and the electrolyte when the positive electrode active material is used in a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, and introducing a solid electrolyte between the particles of the positive electrode active material when the positive electrode active material is used in an all-solid- state lithium ion secondary battery, thereby reducing the electrical resistance of the lithium ion secondary battery and increasing the battery capacity.
母材粉末のタップ密度は、母材粉末12gを20mL容のメスシリンダーに充填し、当該メスシリンダーを振盪比重測定器〔(株)蔵持科学器械製作所製、品番:KRS-409〕に装着し、当該メスシリンダーを高さ2cmの位置から自由落下させる操作を500回繰り返すことによって母材粉末を密に充填させた後に測定したときの母材粉末の密度である。 The tap density of the base powder is the density of the base powder measured after filling a 20 mL measuring cylinder with 12 g of base powder, attaching the measuring cylinder to a shaking specific gravity measuring device (Kuramochi Scientific Instruments Manufacturing Co., Ltd., product number: KRS-409), and allowing the measuring cylinder to freely fall from a height of 2 cm 500 times to densely pack the base powder.
(2)第1混合物
第1混合物は、母材粉末と水との混合物における水の含有率が4~7質量%となるように母材粉末と水とを混合することによって得ることができる。
(2) First Mixture The first mixture can be obtained by mixing the base material powder and water so that the water content in the mixture of the base material powder and water is 4 to 7 mass %.
母材粉末と水との混合物における水の含有率は、母材粉末に含まれている二次粒子を構成している一次粒子間の空隙および粒界に水を十分に浸透させる観点から、4質量%以上、好ましくは5質量%以上であり、後工程である乾燥工程における乾燥効率を高め、母材粉末から溶出するリチウムの量を低減させ、正極活物質が正極に用いられた電池の電池特性を向上させる観点から、7質量%以下、好ましくは6質量%以下である。 The water content in the mixture of the base material powder and water is 4% by mass or more, preferably 5% by mass or more, from the viewpoint of allowing water to fully penetrate into the voids and grain boundaries between the primary particles that make up the secondary particles contained in the base material powder, and is 7% by mass or less, preferably 6% by mass or less, from the viewpoint of increasing the drying efficiency in the subsequent drying step, reducing the amount of lithium eluted from the base material powder, and improving the battery characteristics of a battery in which the positive electrode active material is used in the positive electrode.
母材粉末と水とを混合する際の雰囲気および温度は、特に限定されない。母材粉末と水とを混合する際の雰囲気は、空気であってもよく、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスであってもよい。また、母材粉末と水とを混合する際の温度は、通常、5~95℃の温度範囲、好ましくは10~80℃の温度範囲から適宜決定することができるが、エネルギー効率を高める観点から、通常、室温であることが好ましい。 The atmosphere and temperature when mixing the base material powder and water are not particularly limited. The atmosphere when mixing the base material powder and water may be air or an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. The temperature when mixing the base material powder and water can be appropriately determined usually from a temperature range of 5 to 95°C, preferably a temperature range of 10 to 80°C, but from the viewpoint of improving energy efficiency, it is usually preferable to use room temperature.
母材粉末と水との混合は、例えば、シェーカーミキサー、攪拌混合機、ロッキングミキサーなどの混合機を用いて行なうことができる。母材粉末と水との混合は、両者が均一に分散され、均一な組成を有する混合物が得られるまで行なうことが好ましい。 The base material powder and water can be mixed using a mixer such as a shaker mixer, stirring mixer, or rocking mixer. It is preferable to mix the base material powder and water until both are uniformly dispersed and a mixture with a uniform composition is obtained.
(3)第2混合物
第2混合物は、前記で得られた第1混合物の温度を25~50℃に調節し、当該第1混合物と被覆原料とを混合することによって調製することができる。
(3) Second Mixture The second mixture can be prepared by adjusting the temperature of the first mixture obtained above to 25 to 50°C and mixing the first mixture with a coating raw material.
本発明においては、前記第1混合物と被覆原料とを混合する際に、被覆原料としてタングステン化合物およびモリブデン化合物からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有する被覆原料を用い、前記母材粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムに対する被覆原料に含まれているタングステンとモリブデンとの合計量を0.8~1.2当量に調整し、前記母材粉末100質量部あたりのタングステンとモリブデンとの合計量を0.1~6質量部に調整する。 In the present invention, when the first mixture is mixed with the coating raw material, a coating raw material containing at least one compound selected from the group consisting of tungsten compounds and molybdenum compounds is used as the coating raw material, the total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating raw material relative to the lithium of the excess lithium compound contained in the base powder is adjusted to 0.8 to 1.2 equivalents, and the total amount of tungsten and molybdenum per 100 parts by mass of the base powder is adjusted to 0.1 to 6 parts by mass.
本発明では、前記操作が採られていることから、母材粉末の表面などに残存するリチウム化合物を溶解させ、添加する被覆原料の水への溶解度を向上させることができ、ひいてはリチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質を得ることができる。 In the present invention, the above-mentioned operation is adopted, so that the lithium compound remaining on the surface of the base powder, etc. can be dissolved, and the solubility in water of the added coating raw material can be improved, and thus a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries can be obtained that has low positive electrode resistance and a high retention rate of discharge capacity when used in lithium ion secondary batteries.
被覆原料として、タングステン化合物およびモリブデン化合物からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有する被覆原料が用いられる。タングステン化合物およびモリブデン化合物は、それぞれ単独で用いてもよく、併用してもよい。タングステン化合物およびモリブデン化合物のなかでは、余剰のリチウム化合物と反応したときに水が副生し難いことから、タングステン化合物が好ましい。 As the coating raw material, a coating raw material containing at least one compound selected from the group consisting of tungsten compounds and molybdenum compounds is used. The tungsten compounds and molybdenum compounds may be used alone or in combination. Among the tungsten compounds and molybdenum compounds, tungsten compounds are preferred because they are less likely to produce water as a by-product when reacted with excess lithium compounds.
タングステン化合物としては、例えば、酸化タングステン、タングステン酸、タングステン酸アンモニウムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのタングステン化合物は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。タングステン化合物のなかでは、余剰のリチウム化合物と反応したときに水が副生し難いことから、酸化タングステンおよびタングステン酸がより好ましく、酸化タングステンがさらに好ましい。 Examples of tungsten compounds include tungsten oxide, tungstic acid, and ammonium tungstate, but the present invention is not limited to these examples. These tungsten compounds may be used alone or in combination of two or more. Among tungsten compounds, tungsten oxide and tungstic acid are more preferred, and tungsten oxide is even more preferred, because they are less likely to produce water as a by-product when reacted with excess lithium compounds.
モリブデン化合物としては、例えば、酸化モリブデン、モリブデン酸、モリブデン酸アンモニウムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモリブデン化合物は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。モリブデン化合物のなかでは、余剰のリチウム化合物と反応したときに水が副生し難いことから、酸化モリブデンおよびモリブデン酸が好ましく、酸化モリブデンがより好ましい。 Examples of molybdenum compounds include molybdenum oxide, molybdic acid, and ammonium molybdate, but the present invention is not limited to these examples. These molybdenum compounds may be used alone or in combination of two or more. Among the molybdenum compounds, molybdenum oxide and molybdic acid are preferred, and molybdenum oxide is more preferred, because they are less likely to produce water as a by-product when reacted with excess lithium compound.
酸化タングステンおよび酸化モリブデンは、リチウムイオン二次電池の出力特性を向上させ、電池容量を増大させる観点から好ましい。酸化タングステンおよび酸化モリブデンのなかでは、被覆化合物のリチウムイオン伝導性を向上させ、リチウムイオンの移動を促進させる観点から、酸化タングステンが好ましい。 Tungsten oxide and molybdenum oxide are preferred from the viewpoint of improving the output characteristics of lithium ion secondary batteries and increasing the battery capacity. Among tungsten oxide and molybdenum oxide, tungsten oxide is preferred from the viewpoint of improving the lithium ion conductivity of the coating compound and promoting the movement of lithium ions.
被覆原料には本発明の目的を阻害しない範囲内でタングステン化合物およびモリブデン化合物以外の被覆原料が含まれていてもよい。タングステン化合物およびモリブデン化合物以外の被覆原料としては、例えば、五酸化バナジウム、酸化ニオブ、二酸化スズ、酸化マンガン、酸化ルテニウム、酸化レニウム、酸化タンタル、酸化リン、酸化ホウ素などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの被覆原料は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 The coating raw material may contain coating raw materials other than tungsten compounds and molybdenum compounds within the scope of the present invention. Examples of coating raw materials other than tungsten compounds and molybdenum compounds include vanadium pentoxide, niobium oxide, tin dioxide, manganese oxide, ruthenium oxide, rhenium oxide, tantalum oxide, phosphorus oxide, and boron oxide, but the present invention is not limited to these examples. Each of these coating raw materials may be used alone, or two or more types may be used in combination.
被覆原料として、例えば、酸化タングステン、酸化モリブデンなどの酸化物、当該酸化物の水和物などの被覆原料を用いた場合には、当該被覆原料は、水の存在下でオキソアニオンを形成し、当該オキソアニオンと余剰のリチウム化合物のリチウムとが反応し、オキソアニオンのリチウム塩としてタングステン酸リチウム、モリブデン酸リチウムなどの塩が生成する。当該被覆原料が用いらている正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合には、当該リチウムイオン二次電池の正極抵抗を低下させ、放電容量の維持率を高めることができる。 When oxides such as tungsten oxide and molybdenum oxide, or hydrates of these oxides are used as the coating raw material, the coating raw material forms oxoanions in the presence of water, and the oxoanions react with the lithium of the excess lithium compound to produce lithium salts of the oxoanions such as lithium tungstate and lithium molybdate. When the positive electrode active material containing the coating raw material is used in a lithium ion secondary battery, the positive electrode resistance of the lithium ion secondary battery can be reduced and the retention rate of the discharge capacity can be increased.
また、本発明では、前記母材粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムに対する被覆原料に含まれているタングステンとモリブデンとの合計量が0.8~1.2当量であることから、当該被覆原料が用いられている正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いることにより、当該リチウムイオン二次電池の正極抵抗を低下させ、放電容量の維持率を高めることができる。 In addition, in the present invention, the total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating raw material relative to the lithium of the excess lithium compound contained in the base powder is 0.8 to 1.2 equivalents, so by using the positive electrode active material in which the coating raw material is used in a lithium ion secondary battery, the positive electrode resistance of the lithium ion secondary battery can be reduced and the retention rate of the discharge capacity can be increased.
被覆原料に含まれているタングステンとモリブデンとの合計量は、前記母材粉末に含まれている余剰のリチウム化合物の量に対して少ない場合には、第1混合物と被覆原料との混合物がゲル化する傾向があり、前記母材粉末に含まれている余剰のリチウム化合物の量に対して多い場合には、ニッケルおよびコバルトなどとともに複合酸化物を構成している母材粉末の結晶格子からインターカレーションおよびディインターカレーションに必要なリチウムまでが奪われ、正極活物質としての性能を十分に発揮させることができなくなる傾向がある。したがって、前記母材粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムに対する被覆原料に含まれているタングステンとモリブデンとの合計量は、第1混合物と被覆原料との混合物がゲル化を抑制し、正極活物質としての性能を十分に発揮させる観点から、0.8~1.2当量、好ましくは0.9~1.1当量、より好ましくは0.95~1.05当量である。 If the total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating raw material is small relative to the amount of excess lithium compound contained in the base material powder, the mixture of the first mixture and the coating raw material tends to gel, and if the total amount is large relative to the amount of excess lithium compound contained in the base material powder, even the lithium necessary for intercalation and deintercalation is taken from the crystal lattice of the base material powder, which constitutes a composite oxide together with nickel and cobalt, and the performance as a positive electrode active material tends to be unable to be fully exhibited. Therefore, the total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating raw material relative to the lithium of the excess lithium compound contained in the base material powder is 0.8 to 1.2 equivalents, preferably 0.9 to 1.1 equivalents, and more preferably 0.95 to 1.05 equivalents, from the viewpoint of suppressing gelation of the mixture of the first mixture and the coating raw material and fully exhibiting the performance as a positive electrode active material.
なお、前記母材粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムに対する被覆原料に含まれているタングステンとモリブデンとの合計量が1当量であることは、例えば、後述する被覆化合物が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)である場合、リチウム原子(原子量:6.941)2モルに対してタングステン原子(原子量:183.85)1モルが反応する量を意味し、被覆化合物が二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)である場合、リチウム原子(原子量:6.941)2モルに対してモリブデン原子(原子量:95.94)1モルが反応する量を意味する。例えば、純粋なタングステン酸リチウム(Li2WO4)およびモリブデン酸リチウム(Li2MoO4)では、リチウムとタングステンとの組成比(Li/W)およびリチウムとモリブデンとの組成比(Li/Mo)は、いずれもそれぞれ2である。 In addition, the total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating raw material relative to the lithium of the excess lithium compound contained in the base powder is 1 equivalent, which means, for example, when the coating compound described later is dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ), 1 mole of tungsten atom (atomic weight: 183.85) reacts with 2 moles of lithium atom (atomic weight: 6.941), and when the coating compound is dilithium dimolybdate (Li 2 MoO 4 ), it means the amount of 1 mole of molybdenum atom (atomic weight: 95.94) reacts with 2 moles of lithium atom (atomic weight: 6.941). For example, in pure lithium tungstate (Li 2 WO 4 ) and lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ), the composition ratio of lithium to tungsten (Li/W) and the composition ratio of lithium to molybdenum (Li/Mo) are both 2, respectively.
例えば、上記のように、被覆化合物がLi2WO4およびLi2MoO4である場合、被覆化合物の当量は、式(II):
[被覆化合物の当量]
=[タングステンまたはモリブデンの含有率(%)/タングステンまたはモリブデンの原子量]/[リチウムの含有率(%)/(リチウムの原子量×2)] (II)
に基づいて求められる。
For example, as described above, when the coating compounds are Li2WO4 and Li2MoO4 , the equivalents of the coating compounds are represented by formula (II):
[Equivalents of Coating Compound]
= [tungsten or molybdenum content (%) / atomic weight of tungsten or molybdenum] / [lithium content (%) / (atomic weight of lithium × 2)] (II)
It is determined based on the following.
なお、被覆化合物が例えばLi4WO5、Li6W2O9、Li4MoO5、Li6Mo2O9などの化合物である場合には、リチウム原子、タングステン原子、モリブデン原子が、それぞれ何モルになるかを加味し、式(II)を改変することにより、被覆化合物の当量が求められる。 In addition , when the coating compound is a compound such as Li4WO5 , Li6W2O9 , Li4MoO5 , Li6Mo2O9 , etc. , the equivalent weight of the coating compound can be determined by taking into account the moles of lithium atoms, tungsten atoms, and molybdenum atoms, respectively, and modifying formula (II).
母材粉末100質量部あたりの被覆原料に含まれているタングステンとモリブデンとの合計量は、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質を得る観点から、0.1~6質量部である。 The total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating raw material per 100 parts by mass of the base powder is 0.1 to 6 parts by mass from the viewpoint of obtaining a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries that has low positive electrode resistance and a high retention rate of discharge capacity when used in lithium ion secondary batteries.
第1混合物と被覆原料とを混合する際の第1混合物の温度は、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質を得る観点から、25℃以上、好ましくは30℃以上、さらに好ましくは33℃以上であり、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質を得る観点から、50℃以下、好ましくは45℃以下、より好ましくは40℃以下、さらに好ましくは37℃以下である。 The temperature of the first mixture when mixing the first mixture with the coating raw material is 25°C or higher, preferably 30°C or higher, and more preferably 33°C or higher, from the viewpoint of obtaining a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries that has low positive electrode resistance and high discharge capacity retention rate when used in lithium ion secondary batteries, and is 50°C or lower, preferably 45°C or lower, more preferably 40°C or lower, and even more preferably 37°C or lower, from the viewpoint of obtaining a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries that has low positive electrode resistance and high discharge capacity retention rate when used in lithium ion secondary batteries.
第1混合物と被覆原料とを混合する際の雰囲気および温度は、特に限定されない。第1混合物と被覆原料とを混合する際の雰囲気は、空気であってもよく、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスであってもよい。第1混合物と被覆原料とを混合する際の温度は、好ましくは5~95℃の範囲、より好ましくは10~80℃の範囲から適宜決定することができるが、通常、室温であることが好ましい。 The atmosphere and temperature when the first mixture and the coating raw material are mixed are not particularly limited. The atmosphere when the first mixture and the coating raw material are mixed may be air, or may be, for example, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. The temperature when the first mixture and the coating raw material are mixed can be appropriately determined preferably from the range of 5 to 95°C, more preferably from the range of 10 to 80°C, but is usually preferably room temperature.
第1混合物と被覆原料との混合は、例えば、シェーカーミキサー、攪拌混合機、ロッキングミキサーなどの混合機を用いて行なうことができる。第1混合物と被覆原料との混合は、両者が均一に分散され、均一な組成となるまで行なうことが好ましい。 The first mixture and the coating raw material can be mixed using a mixer such as a shaker mixer, a stirring mixer, or a rocking mixer. It is preferable to mix the first mixture and the coating raw material until both are uniformly dispersed and have a uniform composition.
(4)正極活物質
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、リチウム、ニッケルおよびコバルトを含有するリチウム金属複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を含有する母材粉末が原料として用いられており、前記二次粒子の表面にタングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩を含有する被覆層が形成されており、前記被覆層の平均厚さが3~150μmであり、前記被覆層の厚さのばらつきを示す変動指数(CV%)が15%以下であることを特徴とする。本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、前記構成を有することから、当該正極活物質を用いることにより、正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池を得ることができる。
(4) Positive Electrode Active Material The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention is characterized in that a base powder containing secondary particles formed by agglomeration of primary particles of a lithium metal composite oxide containing lithium, nickel, and cobalt is used as a raw material, a coating layer containing at least one lithium salt selected from the group consisting of lithium tungstate and lithium molybdate is formed on the surface of the secondary particles, the coating layer has an average thickness of 3 to 150 μm, and a coefficient of variation (CV%) indicating the variation in thickness of the coating layer is 15% or less. Since the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention has the above-mentioned configuration, by using the positive electrode active material, a lithium ion secondary battery having low positive electrode resistance and high retention rate of discharge capacity can be obtained.
前記正極活物質は、前記で得られた第2混合物を150~250℃の温度で乾燥させて母材粉末に含まれている二次粒子の表面上に被覆層を形成させることにより、調製することができる。 The positive electrode active material can be prepared by drying the second mixture obtained above at a temperature of 150 to 250°C to form a coating layer on the surfaces of the secondary particles contained in the base powder.
第2混合物の乾燥温度は、第2混合物を効率よく乾燥させるとともに、厚さのばらつきが小さい均一な厚さを有する被覆層を形成させる観点から、150~250℃、好ましくは160~240℃、より好ましくは170~230℃である。 The drying temperature of the second mixture is 150 to 250°C, preferably 160 to 240°C, and more preferably 170 to 230°C, from the viewpoint of efficiently drying the second mixture and forming a coating layer having a uniform thickness with little variation in thickness.
第2混合物の乾燥は、空気中に含まれている二酸化炭素と被覆層とが反応することを回避する観点から、例えば、二酸化炭素が除去された空気、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスなどの雰囲気中で行なうことが好ましい。第2混合物を乾燥させる際の雰囲気の圧力は、第2混合物の乾燥効率を高める観点から、大気圧よりも減圧であることが好ましい。第2混合物の乾燥は、第2混合物の減量がほとんど認められなくなるまで行なうことが好ましい。第2混合物の乾燥時間は、第2混合物の量、乾燥温度などによって異なるので一概には決定することができないことから、当該第2混合物の量、乾燥温度などに応じて適宜決定することが好ましいが、通常、1~24時間程度である。 The second mixture is preferably dried in an atmosphere of air from which carbon dioxide has been removed, nitrogen gas, argon gas, or other inert gas, in order to avoid a reaction between the carbon dioxide contained in the air and the coating layer. The pressure of the atmosphere in which the second mixture is dried is preferably reduced from atmospheric pressure in order to increase the drying efficiency of the second mixture. The second mixture is preferably dried until there is almost no noticeable weight loss of the second mixture. The drying time of the second mixture varies depending on the amount of the second mixture, the drying temperature, etc., and therefore cannot be determined in general. It is preferable to determine the drying time appropriately depending on the amount of the second mixture, the drying temperature, etc., but it is usually about 1 to 24 hours.
第2混合物を乾燥させる際には、例えば、定置乾燥機、振動乾燥機、ドラムドライヤー、スプレードライヤーなどの乾燥機を用いることができる。 When drying the second mixture, a dryer such as a stationary dryer, a vibration dryer, a drum dryer, or a spray dryer can be used.
本発明においては、前記操作が採られていることから、母材粉末の表面に好ましい厚さを有し、厚さのばらつきが小さく、タングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩が高含有率で含有する被覆層を有する二次粒子を含有する正極活物質が得られる。また、リチウム塩の被覆層を二次粒子の表面に有することから、正極活物質の比表面積の低下が抑制され、電解液および固体電解質との界面におけるリチウムイオンの伝導通路を確保することができるので、リチウムイオン二次電池の電池容量を高め、正極抵抗を低減させることができる。 In the present invention, the above-mentioned operation is adopted, and thus a positive electrode active material containing secondary particles having a coating layer with a preferred thickness on the surface of the base powder, with small variation in thickness, and containing at least one lithium salt selected from the group consisting of lithium tungstate and lithium molybdate at a high content is obtained. In addition, since the secondary particles have a coating layer of lithium salt on their surfaces, the decrease in the specific surface area of the positive electrode active material is suppressed, and the conduction path of lithium ions at the interface with the electrolyte and solid electrolyte can be secured, so that the battery capacity of the lithium ion secondary battery can be increased and the positive electrode resistance can be reduced.
以上のようにしてタングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩を含有する被覆層を表面に有する二次粒子を含有する正極活物質を得ることができる。 In this manner, a positive electrode active material containing secondary particles having a coating layer on the surface thereof containing at least one lithium salt selected from the group consisting of lithium tungstate and lithium molybdate can be obtained.
前記被覆層を構成する被覆化合物に水酸化リチウムなどの余剰のリチウム化合物が不純物として混入している場合、溶媒を用いて非水系電解質リチウムイオン二次電池用の正極合材ペーストを作製するとき、当該リチウム化合物が当該溶媒に溶出し、当該溶媒のpHが高くなるとともに溶媒中でリチウム塩の濃度が上昇することによってゲル化が生じやすくなったり、全固体リチウムイオン二次電池では異種界面が形成されたりするおそれがある。また、当該リチウム化合物が混入した正極活物質をリチウムイオン二次電池の正極に用いた場合には、電池容量および出力特性が低下する。これらのことから、前記被覆化合物には、優れた抵抗低減機能を有するタングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩が用いられる。 If the coating compound constituting the coating layer contains excess lithium compounds such as lithium hydroxide as impurities, when a solvent is used to prepare a positive electrode composite paste for a non-aqueous electrolyte lithium-ion secondary battery, the lithium compounds may dissolve into the solvent, and as the pH of the solvent increases, the concentration of the lithium salt in the solvent increases, which may cause gelation or lead to the formation of a heterogeneous interface in an all-solid-state lithium-ion secondary battery. In addition, when a positive electrode active material containing the lithium compounds is used for the positive electrode of a lithium-ion secondary battery, the battery capacity and output characteristics are reduced. For these reasons, at least one lithium salt selected from the group consisting of lithium tungstate and lithium molybdate, which have excellent resistance reducing functions, is used for the coating compound.
正極活物質の平均粒子径MVは、正極活物質の充填性およびリチウムイオン二次電池の電池容積あたりの電池容量を高め、正極活物質を構成している二次粒子間における印加電圧を均一化させ、当該二次粒子間での負荷を均一化させてサイクル特性を高める観点から、5~15μmであることが好ましい。正極活物質の平均粒子径MVは、レーザー回折・散乱法によって測定された体積基準分布から求められる。 The average particle diameter MV of the positive electrode active material is preferably 5 to 15 μm from the viewpoint of improving the packing property of the positive electrode active material and the battery capacity per battery volume of the lithium ion secondary battery, uniforming the applied voltage between the secondary particles constituting the positive electrode active material, and uniforming the load between the secondary particles to improve cycle characteristics. The average particle diameter MV of the positive electrode active material is determined from the volume-based distribution measured by the laser diffraction/scattering method.
正極活物質のタップ密度(嵩密度)は、リチウムイオン二次電池の電極を作製したときの空隙を減少させ、正極活物質と電解液および固体電解質との接触点を増大させることによって電池性能を高める観点から1.0g/cm3以上であることが好ましく、正極活物質を非水系電解質リチウムイオン二次電池に用いたときに正極活物質と電解液との接触面積を向上させ、正極活物質を全固体リチウムイオン二次電池に用いたときに正極活物質の粒子間に固体電解質を十分に導入し、リチウムイオン二次電池の電気抵抗を低減させて電池容量を高める観点から3.0g/cm3以下であることが好ましい。 The tap density (bulk density) of the positive electrode active material is preferably 1.0 g/cm3 or more from the viewpoint of reducing voids when an electrode for a lithium ion secondary battery is produced and increasing the number of contact points between the positive electrode active material and the electrolyte and the solid electrolyte, thereby enhancing battery performance, and is preferably 3.0 g/ cm3 or less from the viewpoints of improving the contact area between the positive electrode active material and the electrolyte when the positive electrode active material is used in a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, and of sufficiently introducing the solid electrolyte between the particles of the positive electrode active material when the positive electrode active material is used in an all-solid-state lithium ion secondary battery, thereby reducing the electrical resistance of the lithium ion secondary battery and enhancing the battery capacity.
本発明の正極活物質を非水系電解質リチウムイオン二次電池の正極活物質に用いた場合には、電解液と正極活物質におけるリチウムイオンのインターカレーションおよびディインターカレーションが活発となり、全固体リチウムイオン二次電池では、固体電解質と正極活物質との界面でリチウムイオンが滞ることなく拡散するので、リチウムイオン二次電池の耐久性を維持しながら、正極抵抗を低減させて出力特性を向上させることができる。 When the positive electrode active material of the present invention is used as the positive electrode active material of a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, the intercalation and deintercalation of lithium ions in the electrolyte and the positive electrode active material becomes active, and in an all-solid-state lithium ion secondary battery, the lithium ions diffuse without stagnation at the interface between the solid electrolyte and the positive electrode active material, so that the positive electrode resistance can be reduced and the output characteristics can be improved while maintaining the durability of the lithium ion secondary battery.
なお、前記二次粒子が凝集している場合には、必要により、例えば、ピンミル、ハンマーミル、パルベライザーなどの解凝機で当該二次粒子を解凝してもよい。また、第2混合物の乾燥と凝集している二次粒子の解凝とを同時に行なうことができるドラムドライヤーを用いて当該二次粒子を解凝してもよい。 If the secondary particles are aggregated, they may be deflocculated, if necessary, using a deflocculating machine such as a pin mill, hammer mill, or pulverizer. The secondary particles may also be deflocculated using a drum dryer that can simultaneously dry the second mixture and deflocculate the aggregated secondary particles.
二次粒子の表面上に形成されている被覆層がタングステン酸リチウムである場合、当該タングステン酸リチウムとして、例えば、Li2WO4、Li4WO5、Li6W2O9またはこれらの混合物などが挙げられる。二次粒子の表面上に形成されている被覆層がモリブデン酸リチウムである場合、当該モリブデン酸リチウムとして、例えば、Li2MoO4、Li4MoO5、Li6Mo2O9またはこれらの混合物などが挙げられる。 When the coating layer formed on the surface of the secondary particles is lithium tungstate, examples of the lithium tungstate include Li2WO4 , Li4WO5 , Li6W2O9 , and mixtures thereof. When the coating layer formed on the surface of the secondary particles is lithium molybdate, examples of the lithium molybdate include Li2MoO4 , Li4MoO5 , Li6Mo2O9 , and mixtures thereof .
なお、被覆層には、本発明の目的が阻害されない範囲内でタングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウム以外のリチウム塩が含まれていてもよい。タングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウム以外のリチウム塩としては、例えば、バナジン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、スズ酸リチウム、マンガン酸リチウム、ルテニウム酸リチウム、レニウム酸リチウム、タンタル酸リチウム、リン酸リチウム、ホウ酸リチウムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのリチウム塩は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 The coating layer may contain lithium salts other than lithium tungstate and lithium molybdate, provided that the object of the present invention is not impaired. Examples of lithium salts other than lithium tungstate and lithium molybdate include lithium vanadate, lithium niobate, lithium stannate, lithium manganate, lithium ruthenate, lithium rhenate, lithium tantalate, lithium phosphate, and lithium borate, but the present invention is not limited to these examples. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more.
[正極活物質の分析]
正極活物質は、以下の方法によって分析することができる。
(a)正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率
正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率は、前記正極活物質を用いることにより、正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池を得る観点から、0.003質量%未満であることが好ましい。なお、正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率は、それぞれ以下の方法に基づいて測定したときの値である。
[Analysis of Positive Electrode Active Material]
The positive electrode active material can be analyzed by the following method.
(a) Lithium hydroxide (LiOH) content and lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material The lithium hydroxide (LiOH) content and lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material are preferably less than 0.003 mass% from the viewpoint of obtaining a lithium ion secondary battery having a low positive electrode resistance and a high discharge capacity retention rate by using the positive electrode active material. The lithium hydroxide (LiOH) and lithium carbonate ( Li2CO3 ) contents in the positive electrode active material are values measured based on the following methods.
〔正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率の測定方法〕
正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率は、それぞれ中和滴定法によって求めることができる。
[Method of measuring the content of lithium hydroxide (LiOH) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) in the positive electrode active material]
The lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) content in the positive electrode active material can each be determined by neutralization titration.
より具体的には、正極活物質粒子の表面部などに存在している水酸化リチウムおよび炭酸リチウムは、水に溶解することにより、それぞれ水酸化物イオンおよび炭酸イオンとなってリチウムイオンから電離する。電離したこれらのイオンを無機酸などで滴定することにより、水酸化リチウムおよび炭酸リチウムをそれぞれ定量することができる。前記中和滴定法は、いわゆるR.B.Warder法による逐次滴定法である。前記中和滴定法において、第1終点(pH:約8.3)は水酸化リチウムの全量と炭酸リチウムの半量とが反応したときのpHの変曲点であり、第2終点(pH:約3.8)は残りの炭酸リチウムの半量が反応したときのpHの変曲点である。pHの変曲点(終点)は、フェノールフタレイン、メチルオレンジなどの指示薬を用い、当該指示薬の変色を目視で観察することによって確認することができるほか、pH複合電極による電位差の変化を機器的に読み取るによって確認することができる。 More specifically, lithium hydroxide and lithium carbonate present on the surface of the positive electrode active material particles dissolve in water and become hydroxide ions and carbonate ions, respectively, which are ionized from lithium ions. The amount of lithium hydroxide and lithium carbonate can be determined by titrating these ionized ions with an inorganic acid or the like. The neutralization titration method is a sequential titration method based on the so-called R. B. Warder method. In the neutralization titration method, the first end point (pH: about 8.3) is the inflection point of pH when the entire amount of lithium hydroxide reacts with half of the lithium carbonate, and the second end point (pH: about 3.8) is the inflection point of pH when half of the remaining lithium carbonate reacts. The inflection point (end point) of pH can be confirmed by visually observing the color change of an indicator such as phenolphthalein or methyl orange, or by instrumentally reading the change in potential difference using a pH composite electrode.
より具体的には、例えば、正極活物質2~20gを採取し、当該正極活物質と純水120mLとを混合し、得られた混合物を攪拌しながら当該混合物に1mol/Lの塩酸を徐々に添加し、出現した2つのpHの変曲点に基づいて正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率をそれぞれ求めることができる。また、pH複合電極を用いて正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率を求める場合には、これらの含有率は、例えば、自動滴定装置〔平沼産業(株)製、品番:COM-1750〕を用い、pH複合電極による終点(電位差)に基づいて求めることができる。 More specifically, for example, 2 to 20 g of the positive electrode active material is taken, the positive electrode active material is mixed with 120 mL of pure water, and 1 mol/L of hydrochloric acid is gradually added to the mixture while stirring the mixture, and the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) content in the positive electrode active material can be determined based on the two pH inflection points that appear. In addition, when the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) content in the positive electrode active material are determined using a pH composite electrode, these contents can be determined based on the end point (potential difference) using, for example, an automatic titrator (manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd., product number: COM-1750) using a pH composite electrode.
なお、正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれも低いほど、被覆原料に含まれているホウ素と母材粉末に含まれているリチウム化合物のリチウムとが1当量に近い値で反応したことの裏付けとなる。 Furthermore, the lower the lithium hydroxide (LiOH) content and lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material, the more evidence there is that the boron contained in the coating raw material and the lithium of the lithium compound contained in the base material powder have reacted at a value close to one equivalent.
(b)正極活物質のスラリーのpH
正極活物質のスラリーは、正極活物質5gに対して純水95mLの割合で正極活物質と純水とを混合し、正極活物質を純水に分散させることによって調製することができる。当該スラリーのpHを測定したときに当該pHが10以下であることにより、余剰のリチウム化合物が過剰に残存していないことを確認することができる。正極活物質のスラリーのpHは、以下の方法に基づいて測定したときの値である。
(b) pH of the positive electrode active material slurry
The positive electrode active material slurry can be prepared by mixing the positive electrode active material and pure water in a ratio of 5 g of the positive electrode active material to 95 mL of pure water, and dispersing the positive electrode active material in the pure water. When the pH of the slurry is measured, it can be confirmed that no excess lithium compound remains by finding that the pH is 10 or less. The pH of the positive electrode active material slurry is a value measured based on the following method.
〔正極活物質のスラリーのpHの測定方法〕
正極活物質のスラリーのpHは、前記正極活物質のスラリーを10分間静置させた後、その上澄み液のpHをpHメーター〔サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製、商品名:Orion-star-A214(卓上型)〕で測定することによって求められる。
[Method for measuring pH of positive electrode active material slurry]
The pH of the positive electrode active material slurry is determined by allowing the positive electrode active material slurry to stand for 10 minutes and then measuring the pH of the supernatant liquid with a pH meter (manufactured by Thermo Fisher Scientific K.K., trade name: Orion-star-A214 (tabletop type)).
(c)被覆化合物の同定
正極活物質に用いられている二次粒子の表面に存在している被覆層を構成している被覆化合物は、後述する放射光粉末X線回折法(SXRD)によって同定することができるが、放射光科学研究センター(国立研究開発法人理化学研究所)の「Spring-8」を用いた放射光粉末X線回折法(SXRD)によって同定することが好ましい。前記放射光粉末X線回折法(SXRD)の原理および現象は、一般的なX線回折法(XRD)とほぼ同様であり、ブラッグの法則(Bragg’s law)に基づいてX線の波長、結晶面の間隔、結晶面とX線がなす角度との関係などの情報から原子配列および構造解析を行なうことができる。
(c) Identification of the coating compound The coating compound constituting the coating layer present on the surface of the secondary particles used in the positive electrode active material can be identified by synchrotron radiation powder X-ray diffraction method (SXRD) described later, but it is preferable to identify it by synchrotron radiation powder X-ray diffraction method (SXRD) using "Spring-8" of the Synchrotron Radiation Science Research Center (National Research and Development Agency RIKEN). The principle and phenomenon of the synchrotron radiation powder X-ray diffraction method (SXRD) are almost the same as general X-ray diffraction method (XRD), and atomic arrangement and structure analysis can be performed from information such as the wavelength of X-rays, the spacing of crystal planes, and the relationship between the angle between the crystal planes and X-rays based on Bragg's law.
放射光粉末X線回折法(SXRD)を用いることにより、X線回折法(XRD)よりも高いX線強度および短パルス性を活かして微量物質の種類、構造および性質を詳細かつ正確に解析することができる。このことから、放射光粉末X線回折法(SXRD)を利用することにより、X線回折法(XRD)ではバックグラウンドノイズが高く、目的化合物の同定が困難である試料の詳細な構造解析をすることができる。したがって、放射光粉末X線回折法(SXRD)は、本発明の正極活物質に用いられている二次粒子の表面に存在するナノメートル単位の厚さを有する被覆層が、純粋なリチウム塩で構成されていることを確認するのに好適に利用することができる。 By using synchrotron radiation powder X-ray diffraction method (SXRD), it is possible to analyze the type, structure, and properties of trace substances in detail and accurately by taking advantage of the higher X-ray intensity and short pulse characteristics than X-ray diffraction method (XRD). Therefore, by using synchrotron radiation powder X-ray diffraction method (SXRD), it is possible to perform detailed structural analysis of samples in which the background noise is high and it is difficult to identify the target compound by X-ray diffraction method (XRD). Therefore, synchrotron radiation powder X-ray diffraction method (SXRD) can be suitably used to confirm that the coating layer having a thickness of nanometers present on the surface of the secondary particles used in the positive electrode active material of the present invention is composed of pure lithium salt.
(d)被覆層の平均厚さおよび変動係数CV%
二次粒子の表面上に形成されている被覆層の平均厚さは、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質を得る観点から、3~150nm、好ましくは4~120nmである。なお、被覆層の平均厚さは、以下の方法に基づいて測定したときの値である。
(d) Average thickness and coefficient of variation CV% of the coating layer
The average thickness of the coating layer formed on the surface of the secondary particles is 3 to 150 nm, preferably 4 to 120 nm, from the viewpoint of obtaining a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that has low positive electrode resistance and high retention rate of discharge capacity when used in a lithium ion secondary battery. The average thickness of the coating layer is a value measured based on the following method.
変動係数CV%は、前記被覆層の厚さのばらつきを示す。変動係数CV%は、リチウムイオンのインターカレーションおよびディインターカレーションが安定し、リチウムイオン伝導性を向上させる観点から、15%以下である。変動係数CV%は、例えば、被覆層の厚さを所定値に制御することによって15%以下に調整することができる。なお、変動係数CV%は、以下の方法に基づいて測定したときの値である。 The coefficient of variation CV% indicates the variation in the thickness of the coating layer. The coefficient of variation CV% is 15% or less from the viewpoint of stabilizing the intercalation and deintercalation of lithium ions and improving lithium ion conductivity. The coefficient of variation CV% can be adjusted to 15% or less, for example, by controlling the thickness of the coating layer to a predetermined value. The coefficient of variation CV% is a value measured based on the following method.
〔被覆層の平均厚さおよび変動係数CV%の測定方法〕
透過電子顕微鏡(TEM)は、当該透過電子顕微鏡を用いて正極活物質を観察したとき、一次粒子間の界面などの回折コントラスト(散乱コントラスト)の像が得られることから、主として正極活物質の結晶性に関する解析に適している。これに対して、走査型透過電子顕微鏡(STEM)は、当該走査型透過電子顕微鏡を用いて化合物および半導体における積層構造の確認などのZ(原子番号)コントラストによるHAADF-STEM(High-angle-Annular-Dark-Field-Scanning-TEM)像が得られることから、化合物および半導体における積層構造の組成に関する解析に適している。走査型透過電子顕微鏡(STEM)によれば、組成情報を反映した像が得られることから、本発明の正極活物質のようにニッケルおよびコバルトを含有する母材粉末の表面上に形成されているナノメートル単位の被覆層の厚さを正確に確認することができる。
[Method of measuring average thickness and coefficient of variation CV% of coating layer]
When a positive electrode active material is observed using a transmission electron microscope (TEM), an image of the diffraction contrast (scattering contrast) of the interface between primary particles can be obtained, and therefore the TEM is suitable for analyzing the crystallinity of the positive electrode active material. In contrast, a scanning transmission electron microscope (STEM) is suitable for analyzing the composition of the layered structure in a compound and a semiconductor, since a HAADF-STEM (High-angle-Annular-Dark-Field-Scanning-TEM) image by Z (atomic number) contrast such as confirmation of the layered structure in a compound and a semiconductor can be obtained using the scanning transmission electron microscope. According to the scanning transmission electron microscope (STEM), an image reflecting the composition information can be obtained, and therefore the thickness of the coating layer in nanometers formed on the surface of the base material powder containing nickel and cobalt, such as the positive electrode active material of the present invention, can be accurately confirmed.
正極活物質を乾燥させた後、クロスセクションポリッシャ(CP)〔日本電子(株)製、品番:SM-09010〕を用いて当該正極活物質に含まれている二次粒子に加工を施すことにより、当該二次粒子の断面試料を作製し、当該断面試料の断面を走査型透過電子顕微鏡(STEM)〔日本電子(株)製、品番:ARM200F〕で観察する。前記断面試料の断面の観察画像の略中心で直交する2本の直線を引き、この2本の直線と交差する4箇所の被覆層の厚さを測定し、二次粒子10個の数値(n=40)から被覆層の平均厚さおよび被覆層の厚さのばらつきを示す変動係数CV%を求める。 After drying the positive electrode active material, a cross-section polisher (CP) [manufactured by JEOL Ltd., product number: SM-09010] is used to process the secondary particles contained in the positive electrode active material to prepare a cross-sectional sample of the secondary particles, and the cross-section of the cross-sectional sample is observed with a scanning transmission electron microscope (STEM) [manufactured by JEOL Ltd., product number: ARM200F]. Two straight lines that intersect at right angles at approximately the center of the observed image of the cross-section of the cross-sectional sample are drawn, and the thickness of the coating layer at four points that intersect with these two straight lines is measured, and the average thickness of the coating layer and the coefficient of variation CV%, which indicates the variation in the thickness of the coating layer, are calculated from the numerical values of 10 secondary particles (n=40).
(e)被覆化合物の構成元素(当量および組成比)
放射光粉末X線回折法(SXRD)によって同定された被覆化合物の構成元素およびその形態を正確に特定するためには、当該被覆化合物の物性の分析とともに化学的分析を併せて行なうことが好ましい。
(e) Constituent elements of the coating compound (equivalent and composition ratio)
In order to accurately specify the constituent elements and their morphology of the coating compound identified by synchrotron radiation powder X-ray diffraction (SXRD), it is preferable to conduct a chemical analysis in addition to an analysis of the physical properties of the coating compound.
被覆化合物には、タングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩などの水溶性の化合物が含まれている。前記被覆化合物が有する水溶性を利用して被覆化合物の構成元素を分析し、式(II)に基づいてタングステンとモリブデンとの合計量(当量)を求めることができる。また、放射光粉末X線回折法(SXRD)によって同定された被覆化合物における各構成元素の種類および形態が妥当であるかどうかを以下の被覆化合物の構成元素の分析方法によって確認することができる。 The coating compound contains a water-soluble compound such as at least one lithium salt selected from the group consisting of lithium tungstate and lithium molybdate. The water solubility of the coating compound can be utilized to analyze the constituent elements of the coating compound, and the total amount (equivalent weight) of tungsten and molybdenum can be determined based on formula (II). In addition, the type and form of each constituent element in the coating compound identified by synchrotron radiation powder X-ray diffraction (SXRD) can be confirmed to be appropriate by the following method for analyzing the constituent elements of the coating compound.
〔被覆化合物の構成元素の分析方法〕
正極活物質5gを25℃の純水95mLに分散させることによってスラリーを調製し、当該スラリーを10分間攪拌した後、濾過し、全量が200mLとなるように濾液に純水を添加することにより、分析検体液を調製し、当該分析検体液を適宜希釈し、当該分析検体液に含まれているリチウム、タングステンおよびモリブデンの含有率をマルチ型ICP発光分光分析装置〔(株)島津製作所製、品番:ICPE-9000〕で測定する。
[Method of Analyzing Constituent Elements of Coating Compound]
A slurry was prepared by dispersing 5 g of the positive electrode active material in 95 mL of pure water at 25° C., and the slurry was stirred for 10 minutes and then filtered. Pure water was added to the filtrate so that the total volume was 200 mL to prepare an analysis specimen liquid. The analysis specimen liquid was appropriately diluted, and the contents of lithium, tungsten, and molybdenum contained in the analysis specimen liquid were measured using a multi-type ICP optical emission spectrometer (manufactured by Shimadzu Corporation, product number: ICPE-9000).
前記で測定された各元素の含有率および式(II)に基づいて求められたタングステンとモリブデンとの合計量(当量)からリチウム、タングステンおよびモリブデンの組成比を求め、当該組成比が放射光粉末X線回折法(SXRD)によって同定された被覆化合物と合致するかどうかを確認することができる。 The composition ratio of lithium, tungsten, and molybdenum can be determined from the content of each element measured above and the total amount (equivalent) of tungsten and molybdenum determined based on formula (II), and it can be confirmed whether the composition ratio matches the coating compound identified by synchrotron radiation powder X-ray diffraction (SXRD).
例えば、後述する実施例1に記載されているように、母材粉末100gに対する酸化タングステン(WO3)の量を0.23gに調整し(タングステン(W)相当量:0.18g)、酸化タングステンを被覆原料として母材粉末に添加した場合、得られる正極活物質(乾燥物)の表面に存在している被覆化合物(被覆層)に含まれているリチウムの正極活物質(乾燥物)全体における含有率が0.014質量%であり、当該被覆化合物(被覆層)に含まれているタングステンの正極活物質(乾燥物)における含有率が0.20質量%であるとき、正極活物質5gあたりリチウム0.1mmol(0.7mg)およびタングステン0.05mmol(10mg)が含まれており、リチウムとタングステンの組成比(リチウム/タングステン)が2となる。 For example, as described in Example 1 below, when the amount of tungsten oxide ( WO3 ) per 100 g of base powder is adjusted to 0.23 g (tungsten (W) equivalent amount: 0.18 g) and tungsten oxide is added to the base powder as a coating raw material, when the lithium content in the entire cathode active material (dry material) contained in the coating compound (coating layer) present on the surface of the obtained cathode active material (dry material) is 0.014 mass% and the tungsten content in the coating compound (coating layer) is 0.20 mass% in the cathode active material (dry material), 0.1 mmol (0.7 mg) of lithium and 0.05 mmol (10 mg) of tungsten are contained per 5 g of cathode active material, and the composition ratio of lithium to tungsten (lithium/tungsten) is 2.
また、例えば、後述する実施例1に記載されているように、放射光粉末X線回折法(SXRD)によって同定された被覆化合物が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)のみである場合、当該Li2WO4は、リチウム2モル、タングステン1モルおよび酸素4モルで構成されていることから、リチウムとタングステンの組成比(リチウム/タングステン)が2となり、マルチ型ICP発光分光分析装置〔(株)島津製作所製、品番:ICPE-9000〕を用いて化学的分析法によって求められたリチウムとタングステンの組成比(リチウム/タングステン)の2と合致する。 Furthermore, for example, as described in Example 1 below, when the coating compound identified by synchrotron radiation powder X-ray diffraction (SXRD) is only dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ), the Li 2 WO 4 is composed of 2 moles of lithium, 1 mole of tungsten, and 4 moles of oxygen, and therefore the composition ratio of lithium to tungsten (lithium/tungsten) is 2, which matches the composition ratio of lithium to tungsten (lithium/tungsten) of 2 determined by chemical analysis using a multi-type ICP optical emission spectrometer (manufactured by Shimadzu Corporation, product number: ICPE-9000).
このように、放射光粉末X線回折法(SXRD)によって同定された被覆化合物が母材粉末の粒子表面に被覆されていることは、物性的分析法による分析結果と化学的分析法による分析結果とが合致することを確認することによって評価することができる。分析結果の信頼性は、物性的分析法および化学的分析法のうちいずれか一方の分析法のみを行なうよりも物性的分析法および化学的分析法の双方の分析法を行なうほうが高めることができる。 In this way, whether the coating compound identified by synchrotron radiation powder X-ray diffraction (SXRD) is coated on the particle surface of the base powder can be evaluated by confirming that the analytical results by the physical analysis method and the analytical results by the chemical analysis method match. The reliability of the analytical results can be increased by performing both the physical analysis method and the chemical analysis method rather than performing only one of the two methods.
なお、以下の比較例9に示すように、母材粉末100gと被覆化合物として二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)1.04g(タングステン相当量:0.73g)とを混合した場合、正極活物質(乾燥物)におけるチウムの含有率が0.13質量%であり、タングステンの含有率が0.73質量%であるとき、正極活物質5gあたりのリチウムの量は0.9mmol(6.5mg)であり、タングステンの量は0.2mmol(36mg)であり、リチウムとタングステンの組成比(リチウム/タングステンの原子数の比)が5となる。 As shown in Comparative Example 9 below, when 100 g of base powder is mixed with 1.04 g of dilithium ditungstate ( Li2WO4 ) (tungsten equivalent: 0.73 g) as a coating compound, when the lithium content in the positive electrode active material (dry material) is 0.13 mass% and the tungsten content is 0.73 mass%, the amount of lithium per 5 g of positive electrode active material is 0.9 mmol (6.5 mg) and the amount of tungsten is 0.2 mmol (36 mg), and the composition ratio of lithium to tungsten (ratio of the number of lithium/tungsten atoms) is 5.
しかし、放射光粉末X線回折法(SXRD)によって同定された被覆化合物が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)のみである場合、前記したように、リチウムとタングステンの組成比(リチウム/タングステン)が2となるはずであるところ、比較例9では、化学的分析法であるICP法によって求められたリチウムとタングステンの組成比が5であることと合致していない。このことから、被覆化合物には、二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)以外に水酸化リチウム(LiOH)および炭酸リチウム(Li2CO3)が含まれていることが認められる。 However, when the coating compound identified by synchrotron radiation powder X-ray diffraction (SXRD) is only dilithium ditungstate ( Li2WO4 ), as described above, the composition ratio of lithium to tungsten (lithium/ tungsten ) should be 2, but in Comparative Example 9, this does not match the composition ratio of lithium to tungsten determined by the ICP method, which is a chemical analysis method, being 5. From this, it is recognized that the coating compound contains lithium hydroxide (LiOH) and lithium carbonate ( Li2CO3 ) in addition to dilithium ditungstate ( Li2WO4 ) .
(f)正極活物質の作製後の母材粉末におけるリチウムの含有率
正極活物質を調製する際に、被覆原料の量が母材粉末の二次粒子の表面などに存在している余剰のリチウム化合物の量よりも多い場合(リチウムが不足している場合)、前記したように、母材粉末にリチウムが奪われることから、得られる正極活物質は、正極活物質としての性能が十分に発揮されなくなるおそれがある。
(f) Lithium Content in Base Powder after Production of Positive Electrode Active Material When preparing a positive electrode active material, if the amount of coating raw material is greater than the amount of excess lithium compound present on the surfaces of the secondary particles of the base powder, etc. (if lithium is insufficient), as described above, lithium will be taken away by the base powder, and the obtained positive electrode active material may not fully exhibit its performance as a positive electrode active material.
正極活物質の被覆層を構成しているリチウム塩は、有機溶媒に不溶であって、水に易溶である。したがって、正極活物質を水中に浸漬し、被覆層を溶解させて母材粉末を単離し、当該母材粉末を無機酸などで完全に溶解させることにより、母材粉末に含まれているリチウムの含有率を測定するための分析検体液を調製することができる。より具体的には、以下の方法により、母材粉末におけるリチウムの含有率を測定することができる。 The lithium salt that constitutes the coating layer of the positive electrode active material is insoluble in organic solvents and easily soluble in water. Therefore, by immersing the positive electrode active material in water, dissolving the coating layer to isolate the base material powder, and completely dissolving the base material powder with an inorganic acid or the like, an analytical sample liquid for measuring the lithium content in the base material powder can be prepared. More specifically, the lithium content in the base material powder can be measured by the following method.
〔正極活物質作製後の母材粉末におけるリチウムの含有率の測定方法〕
室温下で正極活物質5gと純水100mLとを混合することによってスラリーを調製し、当該スラリーを10分間攪拌することによって母材粉末の表面に存在している被覆層を水中に溶解させた後、当該スラリーを濾過し、得られたケーキ状の固形分を回収する。
[Method for measuring lithium content in base powder after preparation of positive electrode active material]
A slurry is prepared by mixing 5 g of the positive electrode active material with 100 mL of pure water at room temperature, and the slurry is stirred for 10 minutes to dissolve the coating layer present on the surface of the base material powder in water. The slurry is then filtered, and the resulting cake-like solid content is collected.
回収された固形分を35%塩酸などの無機酸中に添加し、100~200℃程度の温度に加熱することによって加熱分解させ、得られた分解液の全量が200mLとなるように当該分解液に純水を添加することにより、分析検体液を調製する。 The collected solids are added to an inorganic acid such as 35% hydrochloric acid and heated to a temperature of about 100-200°C to decompose, and purified water is added to the resulting decomposition liquid so that the total volume of the decomposition liquid is 200 mL to prepare the analytical sample liquid.
前記で得られた分析検体液を適宜希釈し、マルチ型ICP発光分光分析装置〔(株)島津製作所製、品番:ICPE-9000〕を用いて当該分析検体液中のリチウム量を測定することにより、正極活物質の作製後の母材粉末におけるリチウムの含有率を特定することができる。 The analytical sample liquid obtained above is appropriately diluted, and the amount of lithium in the analytical sample liquid is measured using a multi-type ICP optical emission spectrometer (Shimadzu Corporation, product number: ICPE-9000), thereby determining the lithium content in the base powder after the positive electrode active material is produced.
以上説明したように、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法によれば、抵抗低減機能を有する被覆層を構成している被覆化合物が母材粉末の粒子表面に被覆され、被覆層の厚さが最適化され、被覆層の厚さのばらつき(変動係数CV%)が抑制されたリチウムイオン二次電池用正極活物質を効率よく得ることができる。 As described above, according to the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, the coating compound constituting the coating layer having a resistance reducing function is coated on the particle surface of the base powder, the thickness of the coating layer is optimized, and a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery in which the variation in the thickness of the coating layer (coefficient of variation CV%) is suppressed can be efficiently obtained.
したがって、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、当該正極活物質を非水系電解質リチウムイオン二次電池に用いた場合には、正極合材ペーストの作製時のゲル化を抑制することができることから、当該二次電池の品質および安全性を向上させることができ、当該正極活物質を全固体リチウムイオン二次電池に用いた場合には、異種界面の形成が抑制され、被覆層の厚さが均一かつ均質となることから、リチウムイオン二次電池の作製後の電池特性を改善することができる。 Therefore, when the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention is used in a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, gelation during the preparation of the positive electrode composite paste can be suppressed, improving the quality and safety of the secondary battery. When the positive electrode active material is used in an all-solid-state lithium ion secondary battery, the formation of a heterogeneous interface is suppressed and the thickness of the coating layer becomes uniform and homogeneous, improving the battery characteristics after preparation of the lithium ion secondary battery.
(g)リチウムイオン二次電池用正極活物質の概略説明図
以下に、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質を図1に基づいて説明する。図1は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の一実施態様を示す概略説明図である。
(g) Schematic diagram of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention will be described below with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention.
図1(a)には、母材粉末の一次粒子1が凝集して二次粒子2が形成されている状態が示されている。当該母材粉末の二次粒子2では、タングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムなどの高いリチウムイオン伝導性を有する被覆層が形成されていないため,矢印Aで示される結晶格子へのリチウムイオンのインターカレーションおよび矢印Bで示される結晶格子へのディインターカレーションが活発に行なわれないことから、二次粒子2をリチウムイオン二次電池に用いたとき、正極抵抗が高くなり、放電容量の維持率が低くなるものと考えられる。
Figure 1 (a) shows a state in which
これに対して、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質では、図1(b)に示されるように、一次粒子1が凝集して二次粒子2が形成されており、さらに二次粒子2の表面に被覆層3が形成されていることから、被覆層3が有する高いリチウムイオン伝導性により、矢印Cで示される結晶格子へのリチウムイオンのインターカレーションおよび矢印Dで示される結晶格子へのディインターカレーションが活発に行なわれることから、二次粒子2をリチウムイオン二次電池に用いたとき、正極抵抗が低減され、放電容量の維持率が向上するものと考えられる。
In contrast, in the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention, as shown in FIG. 1(b),
2.リチウムイオン二次電池
本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムイオン二次電池用正極活物質を含有する正極を有することを特徴とする。
2. Lithium-ion secondary battery The lithium-ion secondary battery of the present invention is characterized by having a positive electrode containing a positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries.
本発明のリチウムイオン二次電池の構成要素は、一般に用いられているリチウムイオン二次電池の構成要素と同様であればよく、特に限定されるものではない。例えば、本発明のリチウムイオン二次電池が非水系電解質リチウムイオン二次電池である場合、正極、負極、セパレータおよび非水系電解液を備えている。また、本発明のリチウムイオン二次電池が全固体リチウムイオン二次電池である場合、正極、負極および固体電解質を備えている。 The components of the lithium ion secondary battery of the present invention are not particularly limited as long as they are similar to the components of commonly used lithium ion secondary batteries. For example, when the lithium ion secondary battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, it includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. When the lithium ion secondary battery of the present invention is an all-solid-state lithium ion secondary battery, it includes a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte.
以下で説明する本発明のリチウムイオン二次電池の実施態様は例示であり、当該実施態様に当業者の知識に基づいて種々の変更または改良を施した実施態様は、本発明の範囲内に包含される。 The embodiments of the lithium ion secondary battery of the present invention described below are merely examples, and embodiments in which various modifications or improvements have been made to the above embodiments based on the knowledge of those skilled in the art are included within the scope of the present invention.
(1)非水系電解質リチウムイオン二次電池
〔正極〕
まず、本発明の正極活物質、導電材および結着剤を混合することによって正極合材を調製する。当該正極合材に必要に応じて活性炭、粘度などを調整するために使用される有機溶媒などの成分を添加し、得られた混合物をさらに混練することにより、正極合材ペーストが得られる。
(1) Non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery [positive electrode]
First, the positive electrode active material of the present invention, a conductive material, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture. Components such as activated carbon and an organic solvent used to adjust the viscosity are added to the positive electrode mixture as necessary, and the resulting mixture is further kneaded to obtain a positive electrode mixture paste.
正極合材における各成分の比率は、リチウムイオン二次電池の性能を決定するうえで重要な要素となる。正極合材における各成分の比率は特に限定されない。有機溶媒が除かれた正極合材の固形分には、一般的なリチウム二次電池の正極と同様に、正極活物質60~95質量%、導電材1~20質量%および結着剤(バインダー)1~20質量%が含有されていることが好ましい。 The ratio of each component in the positive electrode mixture is an important factor in determining the performance of a lithium-ion secondary battery. The ratio of each component in the positive electrode mixture is not particularly limited. The solid content of the positive electrode mixture from which the organic solvent has been removed preferably contains 60 to 95 mass% positive electrode active material, 1 to 20 mass% conductive material, and 1 to 20 mass% binding agent (binder), similar to the positive electrode of a typical lithium secondary battery.
次に、正極合材ペーストを例えばアルミニウム箔などからなる集電体の表面に塗布し、乾燥させて有機溶媒を揮散除去することにより、正極を得ることができる。必要により、電極密度を高めるためにロールプレスなどを用いて正極を加圧してもよい。 Next, the positive electrode composite paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, aluminum foil, and then dried to volatilize and remove the organic solvent, thereby obtaining a positive electrode. If necessary, the positive electrode may be pressurized using a roll press or the like to increase the electrode density.
以上のようにして正極が得られるが、当該正極は、通常、シート状を有する。正極は、必要に応じて適当な大きさに裁断した後、電池を製造する際に用いられる。 The positive electrode is obtained in the manner described above, and is usually in the form of a sheet. The positive electrode is cut to an appropriate size as necessary and then used in manufacturing a battery.
なお、本発明は、前記正極の作製方法によって限定されるものではなく、他の正極の作製方法によって正極が作製されていてもよい。 The present invention is not limited to the above-mentioned method for producing the positive electrode, and the positive electrode may be produced by other methods.
導電材には、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラックなどを用いることができる。結着剤には、正極活物質の粒子を繋ぎ止める役割を果たすものとして、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、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、フッ素ゴムなどの含フッ素樹脂、スチレン-ブタジエンゴム、セルロース系樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系樹脂などを用いることができる。 The conductive material may be, for example, graphite such as natural graphite, artificial graphite, or expanded graphite, or carbon black such as acetylene black or ketjen black. The binder may be, for example, fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, ethylene-propylene-diene rubber, or fluorine rubber, styrene-butadiene rubber, cellulose-based resins, acrylic resins, polypropylene, or olefin-based resins such as polyethylene, which serve to bind the particles of the positive electrode active material together.
なお、正極活物質、導電材および結着剤を混合することによって正極合材を調製した後、結着剤を溶解させるために有機溶媒を正極合材に添加し、混練することにより、正極合材ペーストを作製してもよい。前記有機溶媒には、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などを用いることができる。正極合材には、電気二重層の容量を増加させるために、必要により、活性炭を添加してもよい。 After preparing the positive electrode mixture by mixing the positive electrode active material, conductive material, and binder, an organic solvent may be added to the positive electrode mixture to dissolve the binder, and the mixture may be kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) may be used as the organic solvent. Activated carbon may be added to the positive electrode mixture as necessary to increase the capacity of the electric double layer.
〔負極〕
負極は、金属リチウム、リチウム合金またはリチウムイオンを吸蔵して脱離する負極活物質と結着剤とを混合し、得られた混合物に有機溶媒を添加することにより、負極合材ペーストを調製し、当該負極合材ペーストを例えば銅箔などの金属箔からなる集電体の表面上に塗布し、乾燥させて有機溶媒を揮散除去することによって作製することができる。必要により、電極密度を高めるためにロールプレスなどを用いて負極を加圧してもよい。
[Negative Electrode]
The negative electrode can be produced by mixing a negative electrode active material that absorbs and releases lithium metal, a lithium alloy, or lithium ions with a binder, adding an organic solvent to the resulting mixture to prepare a negative electrode mixture paste, applying the negative electrode mixture paste onto the surface of a current collector made of a metal foil such as copper foil, and drying the paste to volatilize and remove the organic solvent. If necessary, the negative electrode may be pressurized using a roll press or the like to increase the electrode density.
負極活物質には、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の焼成体、コークスなどの炭素物質の粉状体などを用いることができる。負極結着剤には、正極と同様に、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの含フッ素樹脂系結着剤、スチレン-ブタンジエンゴムなどの水系結着剤などの結着剤をはじめ、負極活物質、結着剤を分散させるために用いられるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶媒などを用いることができる。なお、負極活物質には、結着力を向上させるためにカルボキシメチルセルロース(CMC)などの粘度調整剤が適量で用いられていてもよい。 For example, the negative electrode active material may be natural graphite, artificial graphite, a sintered body of an organic compound such as phenolic resin, or a powder of a carbon material such as coke. For the negative electrode binder, similar to the positive electrode, for example, a fluorine-containing resin binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF), a water-based binder such as styrene-butadiene rubber, or an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) used to disperse the negative electrode active material and the binder may be used. In addition, a viscosity modifier such as carboxymethyl cellulose (CMC) may be used in an appropriate amount in the negative electrode active material to improve the binding force.
〔セパレータ〕
正極と負極との間にはセパレータが配置される。セパレータは、正極と負極を分離し、電解質を保持するために用いられる。セパレータには、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂からなるフィムルに微細な貫通孔を多数形成させた膜などを用いることができる。
[Separator]
A separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator is used to separate the positive electrode and the negative electrode and to hold the electrolyte. For example, a membrane made of a resin such as polyethylene or polypropylene with many fine through holes formed therein can be used as the separator.
〔非水系電解液〕
非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解させた溶液である。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、トリフルオロプロピレンカーボネート(TFPC)などの環状カーボネート;ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)などの鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(THF)、2-メチルテトラヒドロフラン(2-MeTHF)、ジメトキシエタン(DME)などのエーテル化合物;エチルメチルスルホン、1,4-ブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのリン酸エステル化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの有機溶媒は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte is a solution in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent. Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and trifluoropropylene carbonate (TFPC); chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dipropyl carbonate (DPC); ether compounds such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2-MeTHF), and dimethoxyethane (DME); sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and 1,4-butane sultone, and phosphate ester compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, but the present invention is not limited to only these examples. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more types.
支持塩としては、例えば、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、テトラフルオロホウ酸化リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ヘキサフルオロヒ酸リチウム(LiAsF6)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド〔LiN(CF3SO2)2〕、それらの複合塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの支持塩は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 Examples of supporting salts include lithium hexafluorophosphate ( LiPF6 ), lithium tetrafluoroborate ( LiBF4 ), lithium perchlorate ( LiClO4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF6), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [LiN(CF3SO2)2 ] , and composite salts thereof, but the present invention is not limited to these examples. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more kinds.
非水系電解液には、本発明の目的を阻害しない範囲内で、例えば、ラジカル捕捉剤、界面活性剤、難燃剤などの添加剤が含まれていてもよい。 The non-aqueous electrolyte may contain additives such as radical scavengers, surfactants, and flame retardants, as long as they do not impair the objectives of the present invention.
〔リチウムイオン二次電池の形状および構成〕
正極、負極、セパレータおよび非水系電解液で構成されるリチウムイオン二次電池は、円筒型、積層型などの種々の形状を有していてもよい。リチウムイオン二次電池がいずれの形状を有する場合であっても、正極と負極とをセパレータを介して積層させて電極体とし、この電極体に非水系電解液を含浸させる。正極と外部に通ずる正極端子との間および負極と外部に通ずる負極端子との間には、それぞれ集電用リードなどが接続される。
[Shape and configuration of lithium-ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery, which is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution, may have various shapes such as a cylindrical type, a laminated type, etc. Regardless of the shape of the lithium ion secondary battery, the positive electrode and the negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween to form an electrode body, and the electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte solution. A current collecting lead or the like is connected between the positive electrode and a positive electrode terminal connected to the outside, and between the negative electrode and a negative electrode terminal connected to the outside, respectively.
以上の構成を有する電極体を電池ケースに収納して密閉することにより、リチウムイオン二次電池を完成させることができる。 The lithium-ion secondary battery can be completed by housing the electrode body having the above configuration in a battery case and sealing it.
〔特性〕
A.正極抵抗
2032型コイン電池CBAを作製し、当該コイン電池CBAを充電電位4.1Vで充電し、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタットを用いて交流インピーダンス法で測定することにより、ナイキストプロットが得られる。このナイキストプロットは、溶液抵抗、負極抵抗とその容量および正極抵抗とその容量を示す特性曲線の和として表されていることから、当該ナイキストプロットに基づき、等価回路を用いてフィッティング計算を行なうことにより、正極抵抗を算出することができる。
[Characteristics]
A. Positive Electrode Resistance A 2032-type coin battery CBA is prepared, charged at a charging potential of 4.1 V, and measured by an AC impedance method using a frequency response analyzer and a potentiogalvanostat to obtain a Nyquist plot. This Nyquist plot is expressed as the sum of characteristic curves showing the solution resistance, the negative electrode resistance and its capacity, and the positive electrode resistance and its capacity, so that the positive electrode resistance can be calculated by performing a fitting calculation using an equivalent circuit based on the Nyquist plot.
B.初期放電容量および放電容量の維持率
初期放電容量は、2032型コイン電池CBAの製作時から24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open-Circuit-Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの放電容量である。
B. Initial Discharge Capacity and Retention Rate of Discharge Capacity The initial discharge capacity is the discharge capacity when the 2032 type coin battery CBA is left for about 24 hours after production, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) is stabilized, the battery is charged to a cutoff voltage of 4.3 V with a current density of 0.1 mA/ cm2 to the positive electrode, and then discharged to a cutoff voltage of 3.0 V after a 1-hour pause.
放電容量の維持率は、コイン電池CBAの温度を60℃に保持して1サイクル目の放電容量(初期放電容量)を測定した後、10分間休止し、前記初期放電容量の測定と同様に、充放電サイクルを初期放電容量の測定も含めて500サイクル(充放電)繰り返し、500サイクル目の放電容量を測定し、式:
[放電容量の維持率(%)]
=[(500サイクル目の放電容量)÷(初期放電容量)]×100
に基づいて求められた値である。
The discharge capacity retention rate was determined by holding the temperature of the coin battery CBA at 60° C., measuring the discharge capacity at the first cycle (initial discharge capacity), pausing for 10 minutes, repeating the charge/discharge cycle for 500 cycles (charge/discharge), including the measurement of the initial discharge capacity, in the same manner as in the measurement of the initial discharge capacity, measuring the discharge capacity at the 500th cycle, and calculating the retention rate according to the formula:
[Discharge capacity retention rate (%)]
= [(discharge capacity at 500th cycle)÷(initial discharge capacity)]×100
This value was calculated based on the above.
(2)全固体リチウムイオン二次電池
〔正極〕
正極には、正極活物質粉末とLi2S-P2S5系ガラス、Li10GeP2S12などの硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質粉末とを適切な比(例えば、質量比で7:3)で混合することによって得られた混合物を用いることができる。
(2) All-solid-state lithium-ion secondary battery [cathode]
For the positive electrode, a mixture obtained by mixing a positive electrode active material powder with a sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte powder such as Li2S-P2S5-based glass or Li10GeP2S12 in an appropriate ratio ( for example, a mass ratio of 7:3) can be used.
〔負極〕
負極には、金属リチウム、リチウム-インジウム合金またはリチウムイオンを吸蔵および脱離することができる負極活物質と硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質粉末とを適切な比(例えば、質量比で7:3)で混合することによって得られた混合物を用いることができる。負極活物質には、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の焼成体、コークスなどの炭素物質の粉状体などを用いることができる。
[Negative Electrode]
The negative electrode may be a mixture obtained by mixing a negative electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions, such as metallic lithium, a lithium-indium alloy, or a sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte powder in an appropriate ratio (for example, a mass ratio of 7:3). For example, the negative electrode active material may be natural graphite, artificial graphite, a fired body of an organic compound such as phenolic resin, or a powder of a carbon material such as coke.
〔固体電解質〕
固体電解質は、例えば、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質などのイオン伝導度が10-4S/cm以上であるリチウムイオン伝導体であることが好ましい。硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質としては、例えば、Li2S-P2S5系ガラス、Li10GeP2S12系ガラス、Li3PO4-Li2S-SiS2系ガラスなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
[Solid electrolyte]
The solid electrolyte is preferably a lithium ion conductor having an ion conductivity of 10-4 S/cm or more, such as a sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte. Examples of the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte include Li2S - P2S5 - based glass, Li10GeP2S12 - based glass, and Li3PO4 - Li2S - SiS2 - based glass, but the present invention is not limited to these examples.
〔全固体リチウムイオン二次電池の形状および構成〕
全固体リチウムイオン二次電池は、前記したように、正極、負極および固体電解質を有する。全固体リチウムイオン二次電池の形状としては、例えば、円形型、シート型などが挙げられる。全固体リチウムイオン二次電池がいずれの形状を有する場合であっても、正極および負極を電極体とし、正極と負極との間に固体電解質が存在し、正極に設けられている正極集電体と外部に通ずる正極端子との間および負極に設けられている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で接続し、これらを電池ケースに収納して密閉することにより、全固体リチウムイオン二次電池を得ることができる。
[Shape and configuration of all-solid-state lithium-ion secondary battery]
As described above, the all-solid-state lithium ion secondary battery has a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. The shape of the all-solid-state lithium ion secondary battery can be, for example, a circular type or a sheet type. Regardless of the shape of the all-solid-state lithium ion secondary battery, the positive electrode and the negative electrode are used as electrode bodies, a solid electrolyte is present between the positive electrode and the negative electrode, and a positive electrode current collector provided on the positive electrode and a positive electrode terminal connected to the outside, and a negative electrode current collector provided on the negative electrode and a negative electrode terminal connected to the outside are connected by current collecting leads or the like, and these are housed in a battery case and sealed to obtain an all-solid-state lithium ion secondary battery.
〔特性〕
A.正極抵抗
正極抵抗は、全固体電池を充電電位4.0Vまで充電し、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタットを用いて交流インピーダンスを測定し、得られたインピーダンススペクトルから等価回路を用いて正極抵抗を算出したときの値である。
[Characteristics]
A. Positive Electrode Resistance The positive electrode resistance is a value calculated by charging an all-solid-state battery to a charging potential of 4.0 V, measuring the AC impedance using a frequency response analyzer and a potentiogalvanostat, and calculating the positive electrode resistance from the obtained impedance spectrum using an equivalent circuit.
B.初期放電容量および放電容量の維持率
初期放電容量は、全固体電池を製作した後、一定の電流密度で充電電位4.2Vまで充電し、3.0Vまで放電したときの容量である。また、放電容量の維持率は、全固体電池を25℃に保持して初期放電容量を測定した後、初期放電容量の測定と同様に、充放電サイクルを初期放電容量の測定も含めて50サイクル(充放電)繰り返し、50サイクル目の放電容量を測定し、式:
[放電容量の維持率(%)]
=[(50サイクル目の放電容量)÷(初期放電容量)]×100
に基づいて求められた値である。
B. Initial Discharge Capacity and Discharge Capacity Retention Rate The initial discharge capacity is the capacity when the all-solid-state battery is produced, charged to a charging potential of 4.2 V at a constant current density, and discharged to 3.0 V. The discharge capacity retention rate is measured by holding the all-solid-state battery at 25° C. and measuring the initial discharge capacity, and then repeating the charge/discharge cycle for 50 cycles (charge/discharge) including the measurement of the initial discharge capacity in the same manner as in the measurement of the initial discharge capacity, and measuring the discharge capacity at the 50th cycle, and calculating the discharge capacity retention rate from the formula:
[Discharge capacity retention rate (%)]
= [(discharge capacity at 50th cycle)÷(initial discharge capacity)]×100
This value was calculated based on the above.
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
なお、各実施例において、母材粉末、正極活物質およびリチウムイオン二次電池を製造する際に用いられた各試薬は、いずれも富士フィルム和光純薬(株)製の試薬特級品である。また、母材粉末および正極活物質を分析し、同定した結果を表1および表2に示す。 In each example, the base material powder, the positive electrode active material, and the reagents used in manufacturing the lithium ion secondary battery were all special grade reagents manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. The base material powder and the positive electrode active material were analyzed and identified, and the results are shown in Tables 1 and 2 .
[実施例1]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.8μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.81であり、タップ密度が2.6g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが11.0であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 1]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.8 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.81, a tap density of 2.6 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 11.0.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムに対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the lithium of the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder. The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは4nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が15%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.5であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 4 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 15%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.5, and that the content of lithium hydroxide (LiOH) and the content of lithium carbonate ( Li2CO3 ) in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
なお、正極活物質の作製後の母材粉末におけるリチウム含有率(表1の「母材粉末中のLi」の欄に記載)は、7.1質量%であった。 The lithium content in the base powder after preparation of the positive electrode active material (listed in the "Li in base powder" column in Table 1) was 7.1% by mass.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.27であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は90%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.27. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 90%.
前記リチウムイオン二次電池の正極抵抗値および放電容量の維持率は、以下の方法に基づいて測定した。 The positive electrode resistance and discharge capacity retention rate of the lithium ion secondary battery were measured based on the following method.
〔正極抵抗値および放電容量の維持率の測定方法〕
正極に正極活物質と75Li2S-25P2S5ガラスとを質量比7:3で混合することによって得られた混合物15mgを用いた。また、負極に人造黒鉛と75Li2S-25P2S5ガラスとを質量比7:3で混合することによって得られた混合物6mgを用いた。固体電解質に75Li2S-25P2S5ガラス150mgを用いた。
[Method of measuring positive electrode resistance value and discharge capacity retention rate]
The positive electrode used 15 mg of a mixture obtained by mixing the positive electrode active material and 75Li2S - 25P2S5 glass in a mass ratio of 7:3. The negative electrode used 6 mg of a mixture obtained by mixing artificial graphite and 75Li2S - 25P2S5 glass in a mass ratio of 7:3. The solid electrolyte used 150 mg of 75Li2S - 25P2S5 glass .
前記正極、前記固体電解質および前記負極を重ね合わせて3層の積層体を作製し、得られた積層体に300MPaの圧力で直径10mmに加圧成形し、得られた成形体の両面にステンレス鋼板を圧接して集電体とし、円形状の全固体リチウムイオン二次電池を作製した。 The positive electrode, the solid electrolyte, and the negative electrode were stacked to produce a three-layer laminate, which was then pressure-molded to a diameter of 10 mm at a pressure of 300 MPa. Stainless steel plates were pressed onto both sides of the resulting molded body to form current collectors, producing a circular all-solid-state lithium-ion secondary battery.
(1)正極抵抗値
前記で得られた全固体リチウムイオン二次電池を充電電位4.0Vで充電し、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット1255B(英国ソーラトロン社製、商品名)を用い、交流インピーダンス法で測定してインピーダンススペクトルを得た。前記で得られたインピーダンススペクトルには、高周波領域と中間周波領域とに2つの半円が観測され、当該中間周波領域の半円を等価回路で解析することにより、正極抵抗値を算出した。
(1) Positive Electrode Resistance Value The all-solid-state lithium ion secondary battery obtained above was charged at a charging potential of 4.0 V, and an impedance spectrum was obtained by measuring by an AC impedance method using a frequency response analyzer and a potentiogalvanostat 1255B (manufactured by Solartron, UK, product name). Two semicircles were observed in the high frequency region and the intermediate frequency region in the impedance spectrum obtained above, and the positive electrode resistance value was calculated by analyzing the semicircle in the intermediate frequency region using an equivalent circuit.
(2)放電容量の維持率
前記で得られた全固体リチウムイオン二次電池を用い、25℃の空気中で一定の電流密度で電位が4.2Vとなるまで充電した後、電位が3.0Vとなるまで放電したときの初期放電容量を測定する。
(2) Retention Rate of Discharge Capacity Using the all-solid-state lithium ion secondary battery obtained above, the battery was charged in air at 25° C. at a constant current density until the potential reached 4.2 V, and then discharged until the potential reached 3.0 V, and the initial discharge capacity was measured.
初期放電容量を測定した後、初期放電容量の測定と同様にして初期放電容量の測定を含めて充放電を50サイクル繰り返し行なった後、50サイクル目の放電容量を測定し、式(III):
[放電容量の維持率(%)]
={[所定の時点での放電容量(mAhまたはAh)]
÷[初期放電容量(mAhまたはAh)]}×100 (III)
に基づいて放電容量の維持率を求めた。
After measuring the initial discharge capacity, charge and discharge were repeated 50 cycles including the measurement of the initial discharge capacity in the same manner as in the measurement of the initial discharge capacity, and then the discharge capacity at the 50th cycle was measured to obtain the formula (III):
[Discharge capacity retention rate (%)]
= {[discharge capacity at a given time (mAh or Ah)]}
÷ [Initial discharge capacity (mAh or Ah)] × 100 (III)
The discharge capacity retention rate was calculated based on the above.
[実施例2]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.8μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.6g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが11.3であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 2]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.8 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.6 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 11.3.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムに対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the lithium of the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder. The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは7nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が12%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.7であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 7 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 12%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.7, and that the content of lithium hydroxide (LiOH) and the content of lithium carbonate ( Li2CO3 ) in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.24であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は91%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.24. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 91%.
[実施例3]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.7μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.7g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが11.6であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 3]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.7 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.7 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 11.6.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは14nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が8.6%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.7であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 14 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 8.6%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.7, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.18であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は92%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.18. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 92%.
[実施例4]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.8μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.81であり、タップ密度が2.6g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが11.9であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 4]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.8 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.81, a tap density of 2.6 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 11.9.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは29nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が5.2%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.6であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 29 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 5.2%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.6, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.11であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は93%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.11. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 93%.
[実施例5]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.8μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.80であり、タップ密度が2.6g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが12.2であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 5]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.8 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.80, a tap density of 2.6 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 12.2.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは57nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が3.4%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.5であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 57 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 3.4%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.5, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.15であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は92%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.15. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 92%.
[実施例6]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.7μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.7g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが12.5であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 6]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.7 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.7 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 12.5.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは116nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が5.1%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.6であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 116 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 5.1%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.6, and that the content of lithium hydroxide (LiOH) and the content of lithium carbonate ( Li2CO3 ) in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.22であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は90%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.22. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 90%.
[実施例7]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが12.0μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.81であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが11.5であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 7]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 12.0 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.81, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 11.5.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水4gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 4 g of water.
被覆原料として三酸化モリブデン(MoO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるモリブデンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化モリブデン(MoO3)に含まれるモリブデンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を30℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化モリブデン(MoO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Molybdenum trioxide (MoO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of molybdenum contained in the molybdenum trioxide (MoO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of molybdenum contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with molybdenum trioxide (MoO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 30° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を170℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 170°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はモリブデン酸リチウムであり、その組成が二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium molybdate and had a composition of dilithium dimolybdate (Li 2 MoO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは10nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が11%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.6であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 10 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 11%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.6, and that the content of lithium hydroxide (LiOH) and the content of lithium carbonate ( Li2CO3 ) in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.20であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は90%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.20. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 90%.
[実施例8]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが12.1μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.80であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが12.0であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 8]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 12.1 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.80, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 12.0.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水4gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 4 g of water.
被覆原料として三酸化モリブデン(MoO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるモリブデンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化モリブデン(MoO3)に含まれるモリブデンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を30℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化モリブデン(MoO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Molybdenum trioxide (MoO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of molybdenum contained in the molybdenum trioxide (MoO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of molybdenum contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with molybdenum trioxide (MoO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 30° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を170℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 170°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はモリブデン酸リチウムであり、その組成が二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium molybdate and had a composition of dilithium dimolybdate (Li 2 MoO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは33nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が6.2%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.6であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 33 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 6.2%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.6, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.13であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は93%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.13. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 93%.
[実施例9]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが12.1μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが12.4であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 9]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 12.1 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 12.4.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水4gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 4 g of water.
被覆原料として三酸化モリブデン(MoO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるモリブデンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化モリブデン(MoO3)に含まれるモリブデンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を30℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化モリブデン(MoO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Molybdenum trioxide (MoO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of molybdenum contained in the molybdenum trioxide (MoO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of molybdenum contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with molybdenum trioxide (MoO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 30° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を170℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 170°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はモリブデン酸リチウムであり、その組成が二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium molybdate and had a composition of dilithium dimolybdate (Li 2 MoO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは82nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が4.3%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.5であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 82 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 4.3%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.5, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.19であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は91%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.19. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 91%.
[実施例10]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.9μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが12.1であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Example 10]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.9 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 12.1.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水6gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 6 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)と三酸化モリブデン(MoO3)を1:1のモル比で混合することによって得られた被覆原料の混合物を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンおよびモリブデンの合計量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記被覆原料の混合物に含まれるタングステンおよびモリブデンの合計量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を35℃に調節した状態で、第1混合物と前記被覆原料の混合物とを混合することにより、第2混合物を得た。 As the coating raw material, a mixture of coating raw materials obtained by mixing tungsten trioxide ( WO3 ) and molybdenum trioxide ( MoO3 ) in a molar ratio of 1:1 was used. The total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating compound produced was adjusted to be the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 per 100 g of the lithium metal composite oxide powder so that the total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating raw material mixture per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was 1 equivalent to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder. The first mixture and the coating raw material mixture were mixed while adjusting the temperature of the first mixture obtained above to 35°C, thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を200℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 200°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はタングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)および二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)であることが確認された。 The coating compounds on the particle surface of the positive electrode active material obtained above were identified, and it was confirmed that the coating compounds were lithium tungstate and lithium molybdate, and that their compositions were dilithium ditungstate ( Li2WO4 ) and dilithium dimolybdate ( Li2MoO4 ) .
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは45nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が4.4%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.7であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 45 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 4.4%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.7, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.16であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は92%であった。
前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は、比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、0.16であり、リチウムイオン二次電池の放電容量の維持率が92%であることが確認された。
When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described later was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.16. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 92%.
The positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.16, assuming that the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) was 1.00, and it was confirmed that the discharge capacity retention rate of the lithium ion secondary battery was 92%.
[比較例1]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.8μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.80であり、タップ密度が2.6g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが10.5であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Comparative Example 1]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.8 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.80, a tap density of 2.6 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 10.5.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは1nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が82%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.6であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 1 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 82%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.6, and that the content of lithium hydroxide (LiOH) and the content of lithium carbonate ( Li2CO3 ) in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.58であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は85%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.58. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 85%.
[比較例2]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.7μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.6g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが13.0であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Comparative Example 2]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.7 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.6 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 13.0.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは360nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が18%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.6であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 360 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 18%. It was also confirmed that the pH of the slurry of the positive electrode active material was 9.6, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.40であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は86%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.40. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 86%.
[比較例3]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが12.0μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.81であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが10.8であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Comparative Example 3]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 12.0 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.81, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 10.8.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水4gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 4 g of water.
被覆原料として三酸化モリブデン(MoO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムに対し、生成する被覆化合物に含まれるモリブデンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化モリブデン(MoO3)に含まれるモリブデンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を30℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化モリブデン(MoO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Molybdenum trioxide (MoO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of molybdenum contained in the molybdenum trioxide (MoO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of molybdenum contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the lithium of the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder. The first mixture was mixed with molybdenum trioxide (MoO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 30° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を170℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 170°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物はモリブデン酸リチウムであり、その組成が二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium molybdate and had a composition of dilithium dimolybdate (Li 2 MoO 4 ).
前記正極活物質の被覆層の平均厚さは2nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が53%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.6であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれが0.003質量%未満であることが確認された。 The coating layer of the positive electrode active material had an average thickness of 2 nm, and the coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 53%. It was also confirmed that the slurry of the positive electrode active material had a pH of 9.6, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.61であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は85%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.61. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 85%.
[比較例4]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが12.1μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが12.8であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Comparative Example 4]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 12.1 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 12.8.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水4gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 4 g of water.
被覆原料として三酸化モリブデン(MoO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるモリブデンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化モリブデン(MoO3)に含まれるモリブデンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を30℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化モリブデン(MoO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Molybdenum trioxide (MoO 3 ) was used as a coating raw material. The amount of molybdenum contained in the molybdenum trioxide (MoO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of molybdenum contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with molybdenum trioxide (MoO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 30° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を170℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 170°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物がモリブデン酸リチウムであり、その組成が二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium molybdate and had a composition of dilithium dimolybdate (Li 2 MoO 4 ).
前記正極活物質の平均厚さは206nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が19%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.7であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The positive electrode active material had an average thickness of 206 nm and a coefficient of variation (CV%) of 19%. It was also confirmed that the slurry of the positive electrode active material had a pH of 9.7 and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003% by mass.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.44であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は86%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.44. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 86%.
[比較例5]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.8μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.81であり、タップ密度が2.6g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが11.8であるリチウム金属複合酸化物を用いた。
[Comparative Example 5]
As the base powder, a lithium metal composite oxide was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.8 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.81, a tap density of 2.6 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 11.8.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを室温で混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide ( WO3 ) was used as a coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO3) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with tungsten trioxide ( WO3 ) at room temperature to obtain a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃の温度で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at a temperature of 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物がタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の平均厚さは23nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が17%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.5であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The positive electrode active material had an average thickness of 23 nm, a coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 17%, and the positive electrode active material slurry had a pH of 9.5, and the positive electrode active material contained less than 0.003 mass% of lithium hydroxide (LiOH) and lithium carbonate ( Li2CO3 ).
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.32であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は87%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.32. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 87%.
[比較例6]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが12.0μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.80であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが11.7であるリチウム金属複合酸化物を用いた。
[Comparative Example 6]
As the base powder, a lithium metal composite oxide was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 12.0 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.80, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 11.7.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水4gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 4 g of water.
被覆原料として三酸化モリブデン(MoO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるモリブデンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化モリブデン(MoO3)に含まれるモリブデンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、第1混合物と三酸化モリブデン(MoO3)とを室温で混合することにより、第2混合物を得た。 Molybdenum trioxide ( MoO3 ) was used as a coating raw material. The amount of molybdenum contained in the molybdenum trioxide (MoO3) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of molybdenum contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with molybdenum trioxide ( MoO3 ) at room temperature to obtain a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を170℃で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at 170°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain the positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物がモリブデン酸リチウムであり、その組成が二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium molybdate and had a composition of dilithium dimolybdate (Li 2 MoO 4 ).
前記正極活物質の平均厚さは16nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が16%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.5であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The positive electrode active material had an average thickness of 16 nm, a coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 16%, and a pH of the positive electrode active material slurry was 9.5. It was also confirmed that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.38であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は87%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.38. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 87%.
[比較例7]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.8μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.6g/cm3であり、母材粉末のスラリーのpHが12.1であるリチウム金属複合酸化物を用いた。
[Comparative Example 7]
As the base powder, a lithium metal composite oxide was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.8 μm, a particle size distribution [(d90- d10 )/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.6 g/ cm3 , and a pH of the base powder slurry of 12.1.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを室温で混合することにより、混合物Aを得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as the coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder. Mixture A was obtained by mixing the first mixture and tungsten trioxide (WO 3 ) at room temperature.
次に、前記で得られた混合物A100gと水7gとを混合することにより、混合物Bを得た。得られた混合物Bを230℃で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, 100 g of the mixture A obtained above was mixed with 7 g of water to obtain mixture B. The obtained mixture B was dried at 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物がタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の平均厚さは45nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が23%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.6であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The positive electrode active material had an average thickness of 45 nm and a coefficient of variation (CV%) of 23%. It was also confirmed that the slurry of the positive electrode active material had a pH of 9.6, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.65であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は85%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.65. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 85%.
[比較例8]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが12.0μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、スラリーのpHが12.2であるリチウム金属複合酸化物を用いた。
[Comparative Example 8]
As the base powder, a lithium metal composite oxide was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 12.0 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a slurry pH of 12.2.
被覆原料として三酸化モリブデン(MoO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるモリブデンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化モリブデン(MoO3)に含まれるモリブデンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、第1混合物と三酸化モリブデン(MoO3)とを室温で混合することにより、混合物Aを得た。 Molybdenum trioxide (MoO 3 ) was used as the coating raw material. The amount of molybdenum contained in the molybdenum trioxide (MoO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of molybdenum contained in the coating compound produced would be 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder. Mixture A was obtained by mixing the first mixture and molybdenum trioxide (MoO 3 ) at room temperature.
次に、前記で得られた混合物A100gと水4gとを混合することにより、混合物Bを得た。得られた混合物Bを170℃で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, 100 g of the mixture A obtained above was mixed with 4 g of water to obtain mixture B. The obtained mixture B was dried at 170°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain a positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物がモリブデン酸リチウムであり、その組成が二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium molybdate and had a composition of dilithium dimolybdate (Li 2 MoO 4 ).
前記正極活物質の平均厚さは51nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が33%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.6であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The positive electrode active material had an average thickness of 51 nm and a coefficient of variation (CV%) of 33%. It was also confirmed that the slurry of the positive electrode active material had a pH of 9.6 and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.77であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は85%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.77. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 85%.
[比較例9]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが11.7μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.81であり、タップ密度が2.6g/cm3であり、スラリーのpHが11.6であるリチウム金属複合酸化物を用いた。
[Comparative Example 9]
As the base powder, a lithium metal composite oxide was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.7 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.81, a tap density of 2.6 g/ cm3 , and a slurry pH of 11.6.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Dilithium ditungstate ( Li2WO4 ) was used as the coating raw material. The amount of tungsten contained in the dilithium ditungstate ( Li2WO4 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced was 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with dilithium ditungstate ( Li2WO4 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40 °C, thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain the positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物としてタングステン酸リチウムが同定されたこと以外に、不純物として水酸化リチウムおよび炭酸リチウム(Li2CO3)が検出され、タングステン酸リチウムの組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surface of the positive electrode active material obtained above was identified. In addition to identifying lithium tungstate as the coating compound, lithium hydroxide and lithium carbonate ( Li2CO3 ) were detected as impurities, and the composition of the lithium tungstate was confirmed to be dilithium ditungstate ( Li2WO4 ).
前記正極活物質の平均厚さは21nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が22%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが11.2であり、前記正極活物質における水酸化リチウムの含有率が0.076質量%であり、炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率が0.006質量%であることが確認された。 The positive electrode active material had an average thickness of 21 nm, a coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 22%, and the positive electrode active material slurry had a pH of 11.2, a lithium hydroxide content of 0.076 mass%, and a lithium carbonate ( Li2CO3 ) content of 0.006 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.84であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は83%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.84. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 83%.
[比較例10]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2であり、平均粒子径MVが12.0μmであり、粒度分布〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.81であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、スラリーのpHが11.5であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Comparative Example 10]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 12.0 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.81, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a slurry pH of 11.5.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水4gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 4 g of water.
被覆原料として二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるモリブデンの当量が1当量となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)に含まれるモリブデンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を30℃に調節した状態で、第1混合物と二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Dilithium dimolybdate ( Li2MoO4 ) was used as a coating raw material. The amount of molybdenum contained in the dilithium dimolybdate ( Li2MoO4 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of molybdenum contained in the coating compound produced was 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with dilithium dimolybdate (Li2MoO4 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 30 °C, thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を170℃で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at 170°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain the positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、モリブテン酸リチウムが同定されたこと以外に、不純物として水酸化リチウムおよび炭酸リチウム(Li2CO3)が検出され、モリブデン酸リチウムの組成が二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surface of the positive electrode active material obtained above was identified. In addition to being identified as lithium molybdate, lithium hydroxide and lithium carbonate ( Li2CO3 ) were detected as impurities, and the composition of the lithium molybdate was confirmed to be dilithium dimolybdate ( Li2MoO4 ) .
前記正極活物質の平均厚さは15nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が26%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが11.3であり、前記正極活物質における水酸化リチウムの含有率が0.096質量%であり、炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率が0.008質量%であることが確認された。 The positive electrode active material had an average thickness of 15 nm, a coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 26%, and the positive electrode active material slurry had a pH of 11.3, a lithium hydroxide content of 0.096 mass%, and a lithium carbonate ( Li2CO3 ) content of 0.008 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.89であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は82%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.89. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 82%.
[比較例11]
母材粉末として、実施例6で用いられたのと同じリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Comparative Example 11]
As the base powder, the same lithium metal composite oxide powder as that used in Example 6 was used.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量よりも大幅に不足するようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as the coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the "Total Amount of W and Mo" column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be significantly less than 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder. The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture .
次に、前記で得られた第2混合物を230℃で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain the positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、タングステン酸リチウムが同定されていたこと以外に、不純物として水酸化リチウムおよび炭酸リチウム(Li2CO3)が検出され、タングステン酸リチウムの組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surface of the positive electrode active material obtained above was identified. In addition to lithium tungstate, lithium hydroxide and lithium carbonate ( Li2CO3 ) were detected as impurities, and the composition of the lithium tungstate was confirmed to be dilithium ditungstate ( Li2WO4 ) .
前記正極活物質の平均厚さは54nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が23%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが12.3であり、前記正極活物質における水酸化リチウムの含有率が0.95質量%であり、炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率が0.065質量%であることが確認された。 The positive electrode active material had an average thickness of 54 nm, a coefficient of variation CV% indicating the thickness variation was 23%, and the positive electrode active material slurry had a pH of 12.3, a lithium hydroxide content of 0.95 mass%, and a lithium carbonate ( Li2CO3 ) content of 0.065 mass%.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.96であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は74%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.96. In addition, the retention rate of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery obtained above was 74%.
[比較例12]
母材粉末として、実施例1で用いられたのと同じリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Comparative Example 12]
As the base powder, the same lithium metal composite oxide powder as that used in Example 1 was used.
前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gと水7gとを混合することにより、第1混合物を得た。 The first mixture was obtained by mixing 100 g of the lithium metal composite oxide powder with 7 g of water.
被覆原料として三酸化タングステン(WO3)を用いた。前記リチウム金属複合酸化物の粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンの当量が1当量よりも大幅に過剰となるようにするべく、前記リチウム金属複合酸化物の粉末100gあたりの前記三酸化タングステン(WO3)に含まれるタングステンの量を表1の「WとMoとの合計量」の欄に記載の量となるように調整し、前記で得られた第1混合物の温度を40℃に調節した状態で、第1混合物と三酸化タングステン(WO3)とを混合することにより、第2混合物を得た。 Tungsten trioxide (WO 3 ) was used as the coating raw material. The amount of tungsten contained in the tungsten trioxide (WO 3 ) per 100 g of the lithium metal composite oxide powder was adjusted to the amount shown in the “Total Amount of W and Mo” column in Table 1 so that the amount of tungsten contained in the coating compound produced would be significantly more than 1 equivalent relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide powder . The first mixture was mixed with tungsten trioxide (WO 3 ) while the temperature of the first mixture obtained above was adjusted to 40° C., thereby obtaining a second mixture.
次に、前記で得られた第2混合物を230℃で12時間乾燥させた後、一部の凝集体を解凝機で解凝することにより、正極活物質を得た。 Next, the second mixture obtained above was dried at 230°C for 12 hours, and some of the aggregates were deflocculated using a deflocculator to obtain the positive electrode active material.
前記で得られた正極活物質の粒子表面における被覆化合物を同定したところ、当該被覆化合物がタングステン酸リチウムであり、その組成が二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)であることが確認された。 The coating compound on the particle surfaces of the positive electrode active material obtained above was identified, and it was confirmed that the coating compound was lithium tungstate and had a composition of dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ).
前記正極活物質の平均厚さは36nmであり、厚さのばらつきを示す変動係数CV%が17%であった。また、前記正極活物質のスラリーのpHが9.5であり、前記正極活物質における水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であることが確認された。 The positive electrode active material had an average thickness of 36 nm and a coefficient of variation (CV%) of 17%. It was also confirmed that the pH of the positive electrode active material slurry was 9.5, and that the lithium hydroxide (LiOH) content and the lithium carbonate ( Li2CO3 ) content in the positive electrode active material were each less than 0.003 mass%.
なお、正極活物質の作製後の母材粉末におけるリチウムの含有率は、6.9質量%であった。 The lithium content in the base powder after preparation of the positive electrode active material was 6.9% by mass.
後述する比較例13(被覆なし)で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値を1.00としたとき、前記で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は0.91であった。また、前記で得られたリチウムイオン二次電池の放電容量の維持率は78%であった。 When the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained in Comparative Example 13 (without coating) described below was taken as 1.00, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery produced using the positive electrode active material obtained above was 0.91. In addition, the discharge capacity retention rate of the lithium ion secondary battery obtained above was 78%.
[比較例13]
母材粉末として、粒子構造が中実構造であり、組成がLi1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2、平均粒子径MVが11.9μm、粒度分布である〔(d90-d10)/平均粒子径〕が0.82であり、タップ密度が2.5g/cm3であり、スラリーのpHが12.1であるリチウム金属複合酸化物の粉末を用いた。
[Comparative Example 13]
As the base powder, a lithium metal composite oxide powder was used having a solid particle structure, a composition of Li1.02Ni0.82Co0.15Al0.03O2 , an average particle diameter MV of 11.9 μm, a particle size distribution [(d90-d10)/average particle diameter] of 0.82, a tap density of 2.5 g/ cm3 , and a slurry pH of 12.1.
前記リチウム金属複合酸化物に被覆処理を行なわずに、当該リチウム金属複合酸化物を正極活物質として用いてリチウムイオン二次電池の特性を評価した。その結果、リチウムイオン二次電池の正極抵抗値は1.00であり、放電容量の維持率は67%であった。 The lithium metal composite oxide was not coated, and the lithium metal composite oxide was used as the positive electrode active material to evaluate the characteristics of a lithium ion secondary battery. As a result, the positive electrode resistance value of the lithium ion secondary battery was 1.00, and the discharge capacity retention rate was 67%.
[総合評価]
表2に示された結果から、各実施例で得られた正極活物質は、被覆層の平均厚さが3~150nmの範囲内にあり、厚さのばらつきを示す変動係数(CV%)が15%以下であることがわかる。また、各実施例で得られた正極活物質では、水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ検出限界である0.003質量%未満であることがわかる。さらに、各実施例で得られた正極活物質では、いずれも、リチウム金属複合酸化物に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、生成する被覆化合物に含まれるタングステンおよびモリブデンの合計量が0.8~1.2当量であることがわかる。
[comprehensive evaluation]
From the results shown in Table 2 , it can be seen that the positive electrode active materials obtained in each Example have an average thickness of the coating layer in the range of 3 to 150 nm, and the coefficient of variation (CV%) indicating the thickness variation is 15% or less. It can also be seen that the positive electrode active materials obtained in each Example have a lithium hydroxide (LiOH) content and a lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) content that are both less than 0.003 mass%, which is the detection limit. It can also be seen that the positive electrode active materials obtained in each Example have a total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating compound produced that is 0.8 to 1.2 equivalents relative to the amount of lithium in the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide.
また、物性的分析法である放射光粉末X線回折法(SXRD)により、被覆化合物として二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)、二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)、またはそれらの混合物が同定された。この放射光粉末X線回折法(SXRD)の同定結果に基づくリチウムとタングステンおよびモリブデンの組成比〔リチウム/タングステン、リチウム/モリブデンまたはリチウム/(タングステン+モリブデン)〕と、これと併行して行なった化学的分析法によってリチウム、タングステンおよびモリブデンの各含有率に基づいて求められたリチウムの組成比〔リチウム/タングステン、リチウム/モリブデンまたはリチウム/(タングステン+モリブデン)〕とが合致していることから、生成した被覆化合物が、放射光粉末X線回折法(SXRD)の同定結果どおりのものであることがわかる。 Furthermore, the coating compound was identified as dilithium ditungstate ( Li2WO4 ), dilithium dimolybdate ( Li2MoO4 ) , or a mixture thereof by synchrotron radiation powder X-ray diffraction (SXRD), which is a physical property analysis method. The composition ratios of lithium, tungsten, and molybdenum [lithium/tungsten, lithium/molybdenum, or lithium/(tungsten+ molybdenum )] based on the results of the identification by the synchrotron radiation powder X-ray diffraction ( SXRD ) matched with the composition ratio of lithium [lithium/tungsten, lithium/molybdenum, or lithium/(tungsten+molybdenum)] determined based on the respective contents of lithium, tungsten, and molybdenum by a chemical analysis method performed in parallel with the results of the identification by the synchrotron radiation powder X-ray diffraction (SXRD), and therefore it was found that the coating compound formed was as identified by the results of the identification by the synchrotron radiation powder X-ray diffraction (SXRD).
以上の結果から、各実施例では、母材粉末の粒子表面に抵抗低減機能を有する被覆化合物が、ほぼ当量となった状態で純粋に被覆され、被覆層の厚さが最適化され、被覆層の厚さのばらつきが最小限に抑えられたリチウムイオン二次電池用正極活物質が得られていることがわかる。 From the above results, it can be seen that in each example, the particle surface of the base powder is purely coated with a coating compound having a resistance reducing function in an approximately equivalent amount, the thickness of the coating layer is optimized, and a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is obtained in which the variation in the thickness of the coating layer is minimized.
したがって、各実施例で得られた正極活物質を用いて作製されたリチウムイオン二次電池の正極抵抗値は、いずれも0.30未満であり、放電容量の維持率がいずれも90%以上であるという非常に優れた結果が得られたことがわかる。 Therefore, it can be seen that the positive electrode resistance values of the lithium ion secondary batteries produced using the positive electrode active materials obtained in each Example were all less than 0.30, and the discharge capacity retention rates were all 90% or more, which is an extremely excellent result.
これに対して、各比較例で得られた正極活物質は、被覆層が存在しないものをはじめ、被覆層の平均厚さおよび厚さのばらつきを示す変動係数(CV%)が、いずれも最適範囲から外れており、電池特性に劣っていることがわかる。 In contrast, the positive electrode active materials obtained in each comparative example, including those without a coating layer, had average coating layer thicknesses and coefficients of variation (CV%) indicating thickness variance that were both outside the optimal range, indicating inferior battery characteristics.
また、比較例9および10では、タングステン酸およびモリブデン酸ではなく、被覆化合物である二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)または二モリブデン酸ジリチウム(Li2MoO4)がそのままの状態で用いられていることから、母材粉末に含まれる余剰のリチウム化合物のリチウムが未反応の状態で不純物として被覆層に混入するため、被覆化合物とともに水酸化リチウム(LiOH)および炭酸リチウム(Li2CO3)が同定され、正極活物質のスラリーのpHが11を超えていることがわかる。このことから、水酸化リチウムの含有率が高く、リチウム金属複合酸化物に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムの量に対し、被覆化合物に含まれるタングステンおよびモリブデンの合計量が当量ではなかった。この傾向は、比較例11で得られた正極活物質と同様に、母材粉末に含まれている余剰のリチウム化合物のリチウムに対する被覆原料の量が不足している場合にも認められる。 In addition, in Comparative Examples 9 and 10, the coating compounds dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ) or dilithium dimolybdate (Li 2 MoO 4 ) are used as they are, instead of tungstic acid and molybdic acid, so that the lithium of the excess lithium compound contained in the base material powder is mixed into the coating layer as an impurity in an unreacted state, and lithium hydroxide (LiOH) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) are identified along with the coating compound, and it can be seen that the pH of the slurry of the positive electrode active material exceeds 11. From this, it can be seen that the content of lithium hydroxide is high, and the total amount of tungsten and molybdenum contained in the coating compound is not equivalent to the amount of lithium of the excess lithium compound contained in the lithium metal composite oxide. This tendency is also observed when the amount of coating raw material is insufficient relative to the amount of lithium of the excess lithium compound contained in the base material powder, as in the case of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 11.
一方、比較例12で得られた正極活物質では、被覆原料である三酸化タングステン(WO3)の添加量が過剰であることから、被覆化合物に三酸化タングステン(WO3)が残存する可能性が考えられるが、二タングステン酸ジリチウム(Li2WO4)のみが純粋に同定されたほか、水酸化リチウム(LiOH)の含有率および炭酸リチウム(Li2CO3)の含有率がいずれもそれぞれ0.003質量%未満であり、被覆化合物が0.8~1.2当量の範囲内である。 On the other hand, in the positive electrode active material obtained in Comparative Example 12, the amount of tungsten trioxide (WO 3 ), which is the coating raw material, added was excessive, and it is possible that tungsten trioxide (WO 3 ) remains in the coating compound. However, only dilithium ditungstate (Li 2 WO 4 ) was identified as being pure, and the lithium hydroxide (LiOH) content and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) content were both less than 0.003 mass%, and the coating compound was in the range of 0.8 to 1.2 equivalents.
しかし、比較例12で得られた正極活物質の母材粉末におけるリチウム含有率は、6.9質量%であるのに対し、実施例1で得られた正極活物質では、当該リチウム含有率が7.1質量%であることから、比較例12で得られた正極活物質では、ニッケルおよびコバルトのみならず複合酸化物を構成している母材粉末自体からリチウムが奪われていることがわかる。 However, the lithium content in the base powder of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 12 was 6.9% by mass, whereas the lithium content in the positive electrode active material obtained in Example 1 was 7.1% by mass. This shows that in the positive electrode active material obtained in Comparative Example 12, lithium is removed not only from nickel and cobalt but also from the base powder itself that constitutes the composite oxide.
また、リチウムイオン二次電池の正極抵抗値および放電容量の維持率は、実施例1で得られた正極活物質よりも比較例12で得られた正極活物質のほうが劣っていることから、比較例12で得られた正極活物質では、過剰量の被覆原料によって母材粉末自体からリチウムが奪われたことにより、電池特性が低下したものと考えられる。 In addition, the positive electrode resistance value and discharge capacity retention rate of the lithium ion secondary battery were inferior in the positive electrode active material obtained in Comparative Example 12 to those in Example 1. This suggests that the battery characteristics of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 12 were deteriorated because the excess amount of coating raw material removed lithium from the base powder itself.
以上説明したように、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、リチウムイオン二次電池に用いたときに正極抵抗が低く、放電容量の維持率が高いことから、リチウムイオン二次電池に好適に用いることができる。 As described above, the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention has low positive electrode resistance and high discharge capacity retention rate when used in lithium ion secondary batteries, and therefore can be suitably used in lithium ion secondary batteries.
1 一次粒子
2 二次粒子
3 被覆層
1
Claims (1)
前記リチウム金属複合酸化物が式(I):
Li s Ni 1-x-y Co x M y O 2+α (I)
(式中、s、x、yおよびαは、それぞれ1.00≦s≦1.30、0.05≦x≦0.35、0≦y≦0.45および-0.1≦α≦0.2を満たす数、Mは、Alを示す)
で表されるリチウム金属複合酸化物であり、前記二次粒子の表面にタングステン酸リチウムおよびモリブデン酸リチウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のリチウム塩を含有する被覆層が形成され、前記被覆層の平均厚さが3~150nmであり、前記被覆層の厚さのばらつきを示す変動指数(CV%)が15%以下であるリチウムイオン二次電池用正極活物質であり、
前記母材粉末と水との混合物における水の含有率が4~7質量%となるように母材粉末と水とを混合することによって第1混合物を調製し、
前記で得られた第1混合物の温度を25~50℃に調節し、当該第1混合物と被覆原料とを混合することによって第2混合物を調製し、
前記で得られた第2混合物を150~250℃の温度で乾燥させて母材粉末に含まれている二次粒子の表面上に被覆層を形成させることによって正極活物質を製造する工程を含み、
前記被覆原料としてタングステン化合物およびモリブデン化合物からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有する被覆原料を用い、
前記タングステン化合物として酸化タングステン、タングステン酸およびタングステン酸アンモニウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のタングステン化合物を用い、前記モリブデン化合物として酸化モリブデン、モリブデン酸およびモリブデン酸アンモニウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のモリブデン化合物を用い、
前記母材粉末100質量部あたりのタングステンとモリブデンとの合計量を0.1~6質量部に調整することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery using a base powder containing secondary particles formed by agglomeration of primary particles of a lithium metal composite oxide containing lithium, nickel, and cobalt as a raw material, comprising the steps of:
The lithium metal composite oxide has the formula (I):
Li s Ni 1-xy C x M y O 2+α (I)
(In the formula, s, x, y, and α are numbers satisfying 1.00≦s≦1.30, 0.05≦x≦0.35, 0≦y≦0.45, and −0.1≦α≦0.2, respectively, and M represents Al.)
a coating layer containing at least one lithium salt selected from the group consisting of lithium tungstate and lithium molybdate is formed on a surface of the secondary particles, the coating layer has an average thickness of 3 to 150 nm, and a coefficient of variation (CV%) indicating the variation in thickness of the coating layer is 15% or less;
preparing a first mixture by mixing the base material powder and water such that the water content in the mixture of the base material powder and water is 4 to 7 mass %;
The temperature of the first mixture obtained above is adjusted to 25 to 50°C, and the first mixture is mixed with a coating material to prepare a second mixture;
The second mixture is dried at a temperature of 150 to 250° C. to form a coating layer on the surface of the secondary particles contained in the base powder, thereby producing a positive electrode active material;
A coating raw material containing at least one compound selected from the group consisting of tungsten compounds and molybdenum compounds is used as the coating raw material,
At least one tungsten compound selected from the group consisting of tungsten oxide, tungstic acid, and ammonium tungstate is used as the tungsten compound, and at least one molybdenum compound selected from the group consisting of molybdenum oxide, molybdic acid, and ammonium molybdate is used as the molybdenum compound,
The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery comprises adjusting a total amount of tungsten and molybdenum to 0.1 to 6 parts by mass per 100 parts by mass of the base powder.
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Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012113823A (en) | 2010-11-19 | 2012-06-14 | Nippon Chem Ind Co Ltd | Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for manufacturing the same and lithium secondary battery |
| WO2012105048A1 (en) | 2011-02-04 | 2012-08-09 | トヨタ自動車株式会社 | Coated active material, battery, and method for producing coated active material |
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