JP7793340B2 - Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing same, and lithium secondary battery - Google Patents
Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing same, and lithium secondary batteryInfo
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Description
本発明は、リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法及びリチウム二次電池に関するものである。 The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery.
従来、リチウム二次電池の正極活物質としては、コバルト酸リチウムが用いられてきた。しかし、コバルトは希少金属であるため、コバルトの含有率が低いリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物が開発されている(例えば、特許文献1~2参照)。 Traditionally, lithium cobalt oxide has been used as the positive electrode active material for lithium secondary batteries. However, because cobalt is a rare metal, lithium nickel manganese cobalt composite oxides with a low cobalt content have been developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を正極活物質として使用するリチウム二次電池は、複合酸化物中に含まれるニッケル、マンガン、コバルトの原子比を調整することで、低コスト化が可能となり、また、コバルト酸リチウムと比べて高容量となることが知られている(例えば、特許文献3参照)。 Lithium secondary batteries that use lithium nickel manganese cobalt composite oxide as the positive electrode active material are known to be able to reduce costs by adjusting the atomic ratio of nickel, manganese, and cobalt contained in the composite oxide, and to have a higher capacity than lithium cobalt oxide (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、これらの従来技術の方法であっても、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池は、サイクル特性の劣化と言う問題が残されていた。 However, even with these conventional methods, lithium secondary batteries using lithium nickel manganese cobalt composite oxide as the positive electrode active material still had the problem of deterioration in cycle characteristics.
リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池のサイクル特性を改善する方法として、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子表面をTi含有化合物で、被覆する方法が提案されている(例えば、特許文献4、特許文献5等参照)。 As a method for improving the cycle characteristics of lithium secondary batteries that use lithium nickel manganese cobalt composite oxide as the positive electrode active material, a method has been proposed in which the particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide is coated with a Ti-containing compound (see, for example, Patent Document 4 and Patent Document 5).
リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子表面をTi含有化合物で、被覆する方法としては、特許文献4、5には、Ti等の有機金属化合物からなるアルコキシドモノマーもしくはオリゴマーと、2-プロパノール等のアルコールを混合した後、アセチルアセトン等のキレート剤を加え、更に、水を加えて、平均粒子が1~20nmのTiを含む微粒子の前駆体が分散した分散液を調製し、該分散液によりリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒子表面を被覆処理し、次いで熱処理を行う方法が提案されている。 Patent Documents 4 and 5 propose a method for coating the particle surfaces of lithium nickel manganese cobalt composite oxide with a Ti-containing compound, in which an alkoxide monomer or oligomer made of an organometallic compound such as Ti is mixed with an alcohol such as 2-propanol, a chelating agent such as acetylacetone is added, and water is then added to prepare a dispersion in which a precursor of Ti-containing fine particles with an average particle size of 1 to 20 nm is dispersed; the particle surfaces of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide are coated with this dispersion, followed by heat treatment.
近年、リチウム二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等の自動車分野での使用が検討されている。このためリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を正極活物質とするリチウム二次電池において、サイクル特性のいっそうの向上が求められている。 In recent years, lithium secondary batteries have been considered for use in the automotive field, including electric vehicles, hybrid vehicles, and plug-in hybrid vehicles. For this reason, there is a demand for further improvements in the cycle characteristics of lithium secondary batteries that use lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide as the positive electrode active material.
従って、本発明の目的は、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池に、優れたサイクル特性を付与することができるリチウム二次電池用正極活物質及びサイクル特性に優れたリチウム二次電池を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for lithium secondary batteries that can impart excellent cycle characteristics to lithium secondary batteries that use lithium nickel manganese cobalt composite oxide as the positive electrode active material, and to provide a lithium secondary battery with excellent cycle characteristics.
本発明者らは、上記実情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面の少なくとも一部に、特定の化合物を付着させて存在させたものを正極活物質とするリチウム二次電池は、サイクル性に優れたものになることを見出し、本発明を完成させるに到った。 In light of the above-mentioned circumstances, the inventors conducted extensive research and discovered that a lithium secondary battery using a lithium nickel manganese cobalt composite oxide particle represented by general formula (1) with a specific compound attached to at least a portion of the particle surface as a positive electrode active material exhibits excellent cycleability, leading to the completion of the present invention.
すなわち、本発明(1)は、粒子表面の少なくとも一部に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が付着している下記一般式(1):
LixNiyMnzCotMpO1+x (1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Cu、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Si、Zn、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Na及びKから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。xは0.98≦x≦1.20、yは0.60≦y<1.00、zは0<z≦0.50、tは0<t≦0.50、pは0≦p≦0.05を示し、y+z+t+p=1である。)
で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子からなり、該リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子は、凝集粒子であり、該Tiを含む酸化物がTiO
2
であり、該Mgを含む酸化物がMgOであることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質を提供するものである。
That is, the present invention (1) provides a granular material having a Ti-containing oxide and a Mg-containing oxide attached to at least a part of the particle surface, the granular material being represented by the following general formula (1):
Li x Ni y Mn z Co t M p O 1+x (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from Mg, Al, Ti, Zr, Cu, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Si, Zn, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Na, and K. x represents 0.98≦x≦1.20, y represents 0.60≦y<1.00, z represents 0<z≦0.50, t represents 0<t≦0.50, p represents 0≦p≦0.05, and y+z+t+p=1.)
The present invention provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which comprises lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by the formula (I), wherein the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles are agglomerated particles, the Ti-containing oxide is TiO2, and the Mg-containing oxide is MgO .
また、本発明(2)は、前記Tiを含む酸化物の付着量が、原子換算で、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子中のNi、Mn、Co及びMの合計量に対し、Tiとして0.01~5.00モル%であることを特徴とする(1)のリチウム二次電池用正極活物質を提供するものである。 The present invention (2) also provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to (1), characterized in that the amount of the Ti-containing oxide attached is, in atomic terms, 0.01 to 5.00 mol % as Ti relative to the total amount of Ni, Mn, Co, and M in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles.
また、本発明(3)は、前記Mgを含む酸化物の付着量が、原子換算で、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子中のNi、Mn、Co及びMの合計量に対し、Mgとして0.01~5.00モル%であることを特徴とする(1)又は(2)のリチウム二次電池用正極活物質を提供するものである。 The present invention (3) also provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to (1) or (2), characterized in that the amount of the oxide containing Mg attached is, in atomic terms, 0.01 to 5.00 mol % as Mg relative to the total amount of Ni, Mn, Co, and M in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles.
また、本発明(4)は、原子換算で、前記Tiを含む酸化物中のTiと前記Mgを含む酸化物中のMgのモル比(Ti:Mg)が、1.0:16.0~3.0:2.0であることを特徴とする(1)~(3)いずれかのリチウム二次電池用正極活物質を提供するものである。 The present invention (4) also provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to (3), characterized in that the molar ratio (Ti:Mg) of Ti in the Ti-containing oxide to Mg in the Mg-containing oxide, in atomic terms, is 1.0:16.0 to 3.0:2.0.
また、本発明(5)は、残存アルカリの含有量が1.20質量%以下であることを特徴とする(1)~(4)いずれかのリチウム二次電池用正極活物質を提供するものである。 The present invention (5) also provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to (4), characterized in that the residual alkali content is 1.20 mass% or less.
また、本発明(6)は、平均粒子径が7.5~30.0μmである大粒子と、平均粒子径が0.50~7.5μmである小粒子と、の混合物であることを特徴とする(1)~(5)いずれかのリチウム二次電池用正極活物質を提供するものである。 The present invention ( 6 ) also provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to ( 5 ), which is a mixture of large particles having an average particle diameter of 7.5 to 30.0 μm and small particles having an average particle diameter of 0.50 to 7.5 μm.
また、本発明(7)は、前記大粒子と前記小粒子の混合比が、質量比で、7:13~19:1であることを特徴とする(6)のリチウム二次電池用正極活物質を提供するものである。 The present invention ( 7 ) also provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to ( 6 ), characterized in that the mixing ratio of the large particles to the small particles is 7:13 to 19:1 by mass.
また、本発明(8)は、前記混合物は、0.65tonf/cm2で圧縮処理した時の加圧密度が2.7g/cm3以上であることを特徴とする(6)又は(7)のリチウム二次電池用正極活物質を提供するものである。 The present invention ( 8 ) also provides the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to ( 6 ) or ( 7 ), characterized in that the mixture has a compressed density of 2.7 g/ cm3 or more when compressed at 0.65 tonf/cm2.
また、本発明(9)は、下記一般式(1):
LixNiyMnzCotMpO1+x (1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Cu、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Si、Zn、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Na及びKから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。xは0.98≦x≦1.20、yは0.60≦y<1.00、zは0<z≦0.50、tは0<t≦0.50、pは0≦p≦0.05を示し、y+z+t+p=1である。)
で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子と、Tiを含む酸化物と、Mgを含む酸化物と、を乾式で混合処理して、該リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物を付着させて、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物付着複合酸化物粒子を得た後、該Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物付着複合酸化物粒子を400℃以上750℃未満の温度で加熱処理するリチウム二次電池用正極活物質の製造方法であり、前記一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子が、リチウム源、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及び必要に応じて添加するM源を混合して原料混合物を調製する原料混合工程と、次いで、得られる原料混合物を700~950℃で焼成する焼成工程を行い得られる凝集粒子であり、該Tiを含む酸化物がTiO
2
であり、該Mgを含む酸化物がMgOであることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質の製造方法を提供するものである。
The present invention (9) also provides a compound represented by the following general formula (1):
Li x Ni y Mn z Co t M p O 1+x (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from Mg, Al, Ti, Zr, Cu, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Si, Zn, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Na, and K. x represents 0.98≦x≦1.20, y represents 0.60≦y<1.00, z represents 0<z≦0.50, t represents 0<t≦0.50, p represents 0≦p≦0.05, and y+z+t+p=1.)
and a Ti-containing oxide and an Mg-containing oxide are attached to the surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles to obtain Ti- and Mg-containing oxide-attached composite oxide particles, and then the Ti- and Mg-containing oxide-attached composite oxide particles are heat-treated at a temperature of 400°C or higher and lower than 750°C. The lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by general formula (1) are agglomerated particles obtained by a raw material mixing step of mixing a lithium source, a nickel source, a manganese source, a cobalt source, and an M source, which is added as needed, to prepare a raw material mixture, and then a firing step of firing the resulting raw material mixture at 700 to 950°C , wherein the Ti-containing oxide is TiO2 and the Mg-containing oxide is MgO .
また、本発明(10)は、(1)~(8)いずれかのリチウム二次電池用正極活物質を用いたことを特徴とするリチウム二次電池を提供するものである。 The present invention ( 10 ) also provides a lithium secondary battery characterized by using any one of the positive electrode active materials for lithium secondary batteries (1) to (8).
本発明のリチウム二次電池用正極活物質によれば、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池に、優れたサイクル特性を付与することができ、また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質を用いることにより、サイクル特性に優れたリチウム二次電池とすることができる。 The positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention can impart excellent cycle characteristics to lithium secondary batteries that use lithium nickel manganese cobalt composite oxide as the positive electrode active material. Furthermore, the use of the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention can result in lithium secondary batteries with excellent cycle characteristics.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質は、粒子表面の少なくとも一部に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が付着しているリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子からなることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質である。つまり、本発明のリチウム二次電池用正極活物質は、粒子表面の少なくとも一部に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が存在しているリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の集合物である。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is characterized by comprising lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles having a Ti-containing oxide and an Mg-containing oxide attached to at least a portion of the particle surface. In other words, the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is an aggregate of lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles having a Ti-containing oxide and an Mg-containing oxide present on at least a portion of the particle surface.
よって、本発明のリチウム二次電池用正極活物質を構成するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子では、粒子表面の一部分にTiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が付着しているか、あるいは、粒子表面の全部を覆って、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が付着している。なお、粒子表面の一部分にTi含有化合物が付着しているとは、粒子表面に、Tiを含む酸化物以外に被覆対象物の表面が露出する部分を有する状態をいう。また、粒子表面の一部分にMgを含む酸化物が付着しているとは、粒子表面に、Mgを含む酸化物以外に被覆対象物の表面が露出する部分を有する状態をいう。 Thus, in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles constituting the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, a Ti-containing oxide and an Mg-containing oxide are attached to a portion of the particle surface, or the entire particle surface is covered with a Ti-containing oxide and an Mg-containing oxide. "A Ti-containing compound is attached to a portion of the particle surface" refers to a state in which the particle surface has a portion where the surface of the object to be coated is exposed in addition to the Ti-containing oxide. "A Mg-containing oxide is attached to a portion of the particle surface" refers to a state in which the particle surface has a portion where the surface of the object to be coated is exposed in addition to the Mg-containing oxide.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質においては、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子に固溶せずに、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物の状態で、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子に存在しているものが観察される。
粒子表面の少なくとも一部に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が付着した、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子であることは、分析対象のサンプル粒子の粒子表面を、10,000~30,000倍の拡大倍率でSEM-EDXによるTi及びMgの元素マッピング分析で分析したときに、サンプル粒子表面にTi及びMgが偏在等の不均一に分布した状態で観察されることで確認することができる。
In the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, it is observed that the Ti-containing oxide and the Mg-containing oxide are not solid-dissolved in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles, but are present in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles in the form of the Ti-containing oxide and the Mg-containing oxide.
The lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles having an oxide containing Ti and an oxide containing Mg attached to at least a portion of the particle surface can be confirmed by observing Ti and Mg being unevenly distributed, such as unevenly distributed, on the sample particle surface when the particle surface of the sample particle to be analyzed is analyzed by elemental mapping analysis of Ti and Mg using SEM-EDX at a magnification of 10,000 to 30,000 times.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質に係るリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子を形成するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、リチウム、ニッケル、マンガン及びコバルトを含有する複合酸化物であり、下記一般式(1)で表される。
LixNiyMnzCotMpO1+x (1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Cu、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Si、Zn、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Na及びKから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。xは0.98≦x≦1.20、yは0.30≦y<1.00、zは0<z≦0.50、tは0<t≦0.50、pは0≦p≦0.05を示し、y+z+t+p=1である。)
The lithium nickel manganese cobalt composite oxide forming the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles according to the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is a composite oxide containing lithium, nickel, manganese, and cobalt, and is represented by the following general formula (1):
Li x Ni y Mn z Co t M p O 1+x (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from Mg, Al, Ti, Zr, Cu, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Si, Zn, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Na, and K. x represents 0.98≦x≦1.20, y represents 0.30≦y<1.00, z represents 0<z≦0.50, t represents 0<t≦0.50, p represents 0≦p≦0.05, and y+z+t+p=1.)
一般式(1)の式中のxは、0.98≦x≦1.20である。xは、初期容量が高くなる点で、1.00≦x≦1.10であることが好ましい。また、一般式(1)の式中のyは、0.30≦y<1.00である。yは、初期容量とサイクル特性を両立できる点で、0.50≦y≦0.95であることが好ましく、0.60≦y≦0.90であることが特に好ましい。また、一般式(1)の式中のzは、0<z≦0.50である。zは、安全性に優れる点で、0.025≦z≦0.45であることが好ましい。また、tは、0<t≦0.50である。tは、安全性に優れる点で、0.025≦t≦0.45であることが好ましい。y+z+t+p=1である。y/zは、好ましくは(y/z)>1、特に好ましくは(y/z)≧1.5、より好ましくは3≦(y/z)≦38である。 In general formula (1), x is in the range 0.98≦x≦1.20. In terms of achieving a high initial capacity, x is preferably in the range 1.00≦x≦1.10. In terms of achieving both initial capacity and cycle characteristics, y is preferably in the range 0.30≦y<1.00. In terms of achieving both initial capacity and cycle characteristics, y is preferably in the range 0.50≦y≦0.95, and particularly preferably in the range 0.60≦y≦0.90. In terms of achieving excellent safety, z is preferably in the range 0<z≦0.50. In terms of achieving excellent safety, z is preferably in the range 0.025≦z≦0.45. In terms of achieving excellent safety, t is preferably in the range 0<t≦0.50. t is preferably in the range 0.025≦t≦0.45. y+z+t+p=1. y/z is preferably (y/z)>1, particularly preferably (y/z)≧1.5, and more preferably 3≦(y/z)≦38.
また、式中のMは、サイクル特性、安全性等の電池性能を向上させることを目的として、必要に応じて、一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に含有させる金属元素であり、Mとしては、Mg、Al、Ti、Zr、Cu、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Si、Zn、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Na、及びKから選ばれる1種又は2種以上の金属元素が挙げられる。一般式(1)の式中のpは、0≦p≦0.05、好ましくは0.0001≦p≦0.045である。 In addition, M in the formula is a metal element that is optionally contained in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide represented by general formula (1) for the purpose of improving battery performance such as cycle characteristics and safety. Examples of M include one or more metal elements selected from Mg, Al, Ti, Zr, Cu, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Si, Zn, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Na, and K. In general formula (1), p satisfies 0≦p≦0.05, and preferably 0.0001≦p≦0.045.
また、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子は、一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物の粒状物である。リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子は、一次粒子が単分散した単粒子であっても、一次粒子が集合して二次粒子を形成した凝集粒子であってもよい。リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の平均粒子径は、レーザ回折・散乱法により求められる粒度分布における体積換算50%の粒子径(D50)で0.50~30.0μm、好ましくは1.0~25.0μm、特に好ましくは1.5~20.0μmである。また、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子のBET比表面積は、好ましくは0.05~2.00m2/g、特に好ましくは0.15~1.00m2/gである。リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の平均粒子径又はBET比表面積が上記範囲にあることにより、正極合剤の調製や塗工性が容易になり、さらには充填性の高い電極が得られる。 The lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles are granular lithium nickel manganese cobalt composite oxide represented by general formula (1). The lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles may be monodispersed primary particles or agglomerated secondary particles formed by aggregation of primary particles. The lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles have an average particle size of 0.50 to 30.0 μm, preferably 1.0 to 25.0 μm, and particularly preferably 1.5 to 20.0 μm, as determined by a laser diffraction/scattering method, as the 50% volume particle size (D50). The lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles also have a BET specific surface area of preferably 0.05 to 2.00 m 2 /g, particularly preferably 0.15 to 1.00 m 2 /g. When the average particle size or BET specific surface area of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles is within the above range, the preparation and coating properties of the positive electrode mixture become easy, and furthermore, an electrode with high packing properties can be obtained.
また、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子中の残存アルカリの含有量は、好ましくは1.20質量%以下、特に好ましくは1.00質量%以下である。リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子中の残存アルカリの含有量が上記範囲にあることにより、残存アルカリに起因するガス発生により生じる電池の膨張や劣化を抑制することができる。 Furthermore, the content of residual alkali in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles is preferably 1.20% by mass or less, and particularly preferably 1.00% by mass or less. By keeping the content of residual alkali in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles within this range, it is possible to suppress battery expansion and deterioration caused by gas generation due to residual alkali.
なお、本発明において、残存アルカリは、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子を25℃の水に攪拌分散させたときに、水に溶出されるアルカリ成分を示す。そして、残存アルカリ量は、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子5g及び純水100gをビーカーに計り取り、25℃で、マグネチックスターラーで5分間分散させ、次いで、この分散液をろ過し、得られるろ液中に存在するアルカリの量を中和滴定することにより求められる。なお、該残存アルカリ量は、滴定によりリチウム量を測定して炭酸リチウムに換算した値である。 In the present invention, the residual alkali refers to the alkali component eluted into water when lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles are stirred and dispersed in water at 25°C. The amount of residual alkali is determined by weighing 5 g of lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles and 100 g of pure water into a beaker, dispersing them at 25°C for 5 minutes with a magnetic stirrer, filtering the dispersion, and subjecting the amount of alkali present in the resulting filtrate to neutralization titration. The amount of residual alkali is determined by measuring the amount of lithium by titration and converting it to lithium carbonate.
一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子は、例えば、リチウム源、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及び必要に応じて添加するM源を混合して原料混合物を調製する原料混合工程と、次いで、得られる原料混合物を焼成する焼成工程と、を行うことにより製造される。 The lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by general formula (1) can be produced, for example, by carrying out a raw material mixing step in which a lithium source, a nickel source, a manganese source, a cobalt source, and an optionally added M source are mixed to prepare a raw material mixture, and then a calcination step in which the resulting raw material mixture is calcined.
原料混合工程に係るリチウム源、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及び必要に応じて添加するM源としては、例えば、これらの水酸化物、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩等が用いられる。リチウム源、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及びM源の平均粒子径は、レーザ・散乱法により求められる平均粒子径(D50)で、0.50~30.0μm、好ましくは1.0~25.0μmであることが好ましい。 The lithium source, nickel source, manganese source, cobalt source, and optionally added M source used in the raw material mixing process may be, for example, their hydroxides, oxides, carbonates, nitrates, sulfates, or organic acid salts. The average particle size (D50) of the lithium source, nickel source, manganese source, cobalt source, and M source, as determined by a laser scattering method, is preferably 0.50 to 30.0 μm, and more preferably 1.0 to 25.0 μm.
原料混合工程に係るニッケル源、マンガン源及びコバルト源は、ニッケル原子、マンガン原子及びコバルト原子を含有する化合物であってもよい。ニッケル原子、マンガン原子及びコバルト原子を含有する化合物としては、例えば、これらの原子を含有する複合酸化物、複合水酸化物、複合オキシ水酸化物、複合炭酸塩等が挙げられる。 The nickel source, manganese source, and cobalt source used in the raw material mixing step may be compounds containing nickel atoms, manganese atoms, and cobalt atoms. Examples of compounds containing nickel atoms, manganese atoms, and cobalt atoms include composite oxides, composite hydroxides, composite oxyhydroxides, and composite carbonates containing these atoms.
なお、ニッケル原子、マンガン原子及びコバルト原子を含有する化合物を調製する方法としては、公知の方法が用いられる。例えば、複合水酸化物の場合、共沈法によって調製することができる。具体的には、所定量のニッケル原子、コバルト原子及びマンガン原子を含む水溶液と、錯化剤の水溶液と、アルカリの水溶液とを混合することで、複合水酸化物を共沈させることができる(特開平10-81521号公報、特開平10-81520号公報、特開平10-29820号公報、2002-201028号公報等参照。)。また、複合炭酸塩の場合は、ニッケルイオン、マンガンイオン及びコバルトイオンを含む溶液(A液)と、炭酸イオン又は炭酸水素イオンを含む溶液(B液)とを、反応容器に添加して反応を行う方法(特開2009-179545号公報)、或いはニッケル塩、マンガン塩及びコバルト塩を含む溶液(A液)と、金属炭酸塩又は金属炭酸水素塩を含む溶液(B液)とを、該A液中の該ニッケル塩、該マンガン塩及び該コバルト塩のアニオンと同じアニオンと、該B液中の該金属炭酸塩又は該金属炭酸水素塩のアニオンと同じアニオンと、を含む溶液(C液)に添加して、反応を行う方法(特開2009-179544号公報)等が挙げられる。また、ニッケル原子、マンガン原子及びコバルト原子を含有する化合物は、市販品であってもよい。 Note that known methods can be used to prepare compounds containing nickel, manganese, and cobalt atoms. For example, composite hydroxides can be prepared by coprecipitation. Specifically, composite hydroxides can be coprecipitated by mixing an aqueous solution containing predetermined amounts of nickel, cobalt, and manganese atoms with an aqueous solution of a complexing agent and an aqueous alkali solution (see JP-A-10-81521, JP-A-10-81520, JP-A-10-29820, JP-A-2002-201028, etc.). In the case of composite carbonates, examples include a method in which a solution (Liquid A) containing nickel ions, manganese ions, and cobalt ions and a solution (Liquid B) containing carbonate ions or bicarbonate ions are added to a reaction vessel to carry out the reaction (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-179545), or a method in which a solution (Liquid A) containing a nickel salt, manganese salt, and cobalt salt and a solution (Liquid B) containing a metal carbonate or metal bicarbonate are added to a solution (Liquid C) containing the same anions as the anions of the nickel salt, manganese salt, and cobalt salt in Liquid A and the same anions as the anions of the metal carbonate or metal bicarbonate in Liquid B to carry out the reaction (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-179544). The compound containing nickel atoms, manganese atoms, and cobalt atoms may be commercially available.
ニッケル原子、コバルト原子及びマンガン原子を含有する化合物の平均粒子径は、レーザ・散乱法により求められる平均粒子径で、0.50~100μm、好ましくは1.0~80.0μmであることが好ましい。 The average particle size of the compound containing nickel atoms, cobalt atoms, and manganese atoms, as determined by a laser scattering method, is preferably 0.50 to 100 μm, and more preferably 1.0 to 80.0 μm.
一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の製造において、ニッケル源、マンガン源及びコバルト源として、ニッケル原子、コバルト原子及びマンガン原子を含有する複合水酸化物を用いることが、反応性が良好になる点で好ましい。 In producing lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by general formula (1), it is preferable to use a composite hydroxide containing nickel atoms, cobalt atoms, and manganese atoms as the nickel source, manganese source, and cobalt source, as this will result in better reactivity.
原料混合工程において、リチウム源と、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及び必要に応じて添加するM源の混合割合は、放電容量が高くなる点で、ニッケル源、マンガン源及びコバルト源中のNi原子、Mn原子、Co原子及びM原子の総モル数(Ni+Mn+Co+M)に対するLi原子のモル比(Li/(Ni+Mn+Co+M))が、0.98~1.20となる混合割合が好ましく、1.00~1.10となる混合割合が特に好ましい。 In the raw material mixing process, the lithium source, nickel source, manganese source, cobalt source, and optionally added M source are mixed in such a ratio that the molar ratio of Li atoms (Li/(Ni+Mn+Co+M)) to the total number of moles of Ni atoms, Mn atoms, Co atoms, and M atoms (Ni+Mn+Co+M) in the nickel source, manganese source, and cobalt source is 0.98 to 1.20, and a ratio of 1.00 to 1.10 is particularly preferred, in terms of increasing discharge capacity.
また、原料混合工程において、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及び必要により添加するM源の各原料の混合割合については、前記一般式(1)で表されるニッケル、マンガン、コバルト及びMの原子モル比となるよう調整すればよい。 Furthermore, in the raw material mixing step, the mixing ratio of the nickel source, manganese source, cobalt source, and optionally added M source may be adjusted so as to achieve the atomic molar ratio of nickel, manganese, cobalt, and M represented by the general formula (1) above.
なお、原料のリチウム源、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及びM源の製造履歴は問われないが、高純度のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子を製造するため、可及的に不純物含有量が少ないものであることが好ましい。 The manufacturing history of the raw materials, lithium source, nickel source, manganese source, cobalt source, and M source, is not important, but in order to produce high-purity lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide particles, it is preferable that the impurity content be as low as possible.
原料混合工程において、リチウム源、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及び必要に応じて添加するM源を混合する手段としては、乾式でも湿式でもいずれの方法でも行うことができるが、製造が容易であるため乾式による混合が好ましい。 In the raw material mixing process, the lithium source, nickel source, manganese source, cobalt source, and optionally the M source can be mixed by either a dry or wet method, but dry mixing is preferred due to ease of production.
乾式混合の場合は、原料が均一に混合するよう機械的手段にて行うことが好ましい。混合装置としては、例えば、ハイスピードミキサー、スーパーミキサー、ターボスフェアミキサー、アイリッヒミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、リボンブレンダー、V型混合機、コニカルブレンダー、ジェットミル、コスモマイザー、ペイントシェイカー、ビーズミル、ボールミル等が挙げられる。なお、実験室レベルでは、家庭用ミキサーで十分である。 When dry mixing, it is preferable to use mechanical means to ensure uniform mixing of the raw materials. Examples of mixing equipment include high-speed mixers, super mixers, turbosphere mixers, Eirich mixers, Henschel mixers, Nauta mixers, ribbon blenders, V-type mixers, conical blenders, jet mills, cosmomizers, paint shakers, bead mills, and ball mills. At the laboratory level, a household mixer is sufficient.
湿式混合の場合、混合装置としては、メディアミルを用いることが、各原料が均一に分散したスラリーを調製できる点で好ましい。また、混合処理後のスラリーは、反応性に優れ各原料が均一に分散した原料混合物が得られる観点から噴霧乾燥を行うことが好ましい。 When wet mixing, it is preferable to use a media mill as the mixing device, as this allows for the preparation of a slurry in which the raw materials are uniformly dispersed. Furthermore, it is preferable to spray-dry the slurry after the mixing process, as this provides a highly reactive raw material mixture in which the raw materials are uniformly dispersed.
焼成工程は、原料混合工程を行い得られる原料混合物を、焼成することにより、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を得る工程である。 The calcination process is a process in which the raw material mixture obtained in the raw material mixing process is calcined to obtain lithium nickel manganese cobalt composite oxide.
焼成工程において、原料混合物を焼成して、原料を反応させる際の焼成温度は、600~1000℃、好ましくは700~950℃である。この理由は焼成温度が600℃未満では反応が不十分で未反応のリチウムが多量に残留する傾向があり、一方、1000℃を超えると一度生成したリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物が分解してしまう傾向があるからである。 In the calcination step, the raw material mixture is calcined to react the raw materials at a calcination temperature of 600 to 1000°C, preferably 700 to 950°C. The reason for this is that if the calcination temperature is below 600°C, the reaction tends to be insufficient, leaving a large amount of unreacted lithium, while if the temperature exceeds 1000°C, the lithium nickel manganese cobalt composite oxide that has been produced tends to decompose.
焼成工程における焼成時間は、3時間以上、好ましくは5~30時間である。また、焼成工程における焼成雰囲気は、空気、酸素ガスの酸化雰囲気である。 The firing time in the firing step is 3 hours or more, preferably 5 to 30 hours. The firing atmosphere in the firing step is an oxidizing atmosphere of air or oxygen gas.
また、焼成工程において、焼成は多段式で行ってもよい。多段式で焼成を行うことにより、いっそうサイクル特性が優れたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子を得ることができる。多段で焼成を行う場合、650~800℃の範囲で1~10時間焼成した後、更に該焼成温度より高い温度となるように800~950℃に昇温し、そのまま5~30時間焼成することが好ましい。 Furthermore, in the calcination step, calcination may be performed in multiple stages. By performing calcination in multiple stages, lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles with even better cycle characteristics can be obtained. When performing calcination in multiple stages, it is preferable to calcinate at a temperature in the range of 650 to 800°C for 1 to 10 hours, then further raise the temperature to 800 to 950°C, which is higher than the calcination temperature, and continue calcining at that temperature for 5 to 30 hours.
このように得られるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を、必要に応じて複数回の焼成工程に付してもよい。 The lithium nickel manganese cobalt composite oxide obtained in this manner may be subjected to multiple firing processes as necessary.
また、残存アルカリ量が上記範囲であるリチウムニッケルマンガン複合酸化物は、リチウム源、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及び必要に応じて添加するM源の原料混合工程において、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及びM源中のNi原子、Mn原子、Co原子及びM原子の総モル数(Ni+Mn+Co+M)に対するLi原子のモル比(Li/(Ni+Mn+Co+M))が0.98~1.20となる混合割合とし、700℃以上、好ましくは750~1000℃で、3時間以上、好ましくは5~30時間焼成反応に付して、十分にリチウム源、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及び必要に応じて添加するM源とを反応させることにより製造することができる。本製造方法において、前記焼成は、前述した多段式で行うことにより、残存アルカリ量がいっそう低減したリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を製造することができる。 A lithium nickel manganese composite oxide having a residual alkali content within the above range can be produced by mixing the lithium source, nickel source, manganese source, cobalt source, and optionally added M source in a raw material mixing step such that the molar ratio of Li atoms to the total number of moles of Ni atoms, Mn atoms, Co atoms, and M atoms (Ni + Mn + Co + M) in the nickel source, manganese source, cobalt source, and M source (Li/(Ni + Mn + Co + M)) is 0.98 to 1.20, and then subjecting the mixture to a calcination reaction at 700°C or higher, preferably 750 to 1000°C, for 3 hours or longer, preferably 5 to 30 hours, to thoroughly react the lithium source, nickel source, manganese source, cobalt source, and optionally added M source. In this production method, by performing the calcination in the multistage manner described above, a lithium nickel manganese cobalt composite oxide with an even reduced residual alkali content can be produced.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質は、リチウム二次電池用正極活物質を構成している一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面の少なくとも一部に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が付着している。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention has a Ti-containing oxide and an Mg-containing oxide attached to at least a portion of the particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by general formula (1) that constitute the positive electrode active material for a lithium secondary battery.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質において、Tiを含む酸化物は、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面の一部に付着していてもよいし、あるいは、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面の全部を覆って付着していてもよい。また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質において、Mgを含む酸化物は、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面の一部に付着していてもよいし、あるいは、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面の全部を覆って付着していてもよい。そして、本発明のリチウム二次電池用正極活物質では、Tiを含む酸化物がリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面の一部に付着しており、且つ、Mgを含む酸化物がリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面の一部に付着していることにより、リチウム二次電池において、高電圧で充放電を繰り返してもサイクルの劣化が少なく、エネルギー密度維持率の高い正極活物質となる。 In the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the Ti-containing oxide may be attached to a portion of the particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles, or may be attached to cover the entire particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles. In the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the Mg-containing oxide may be attached to a portion of the particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles, or may be attached to cover the entire particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles. In the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the Ti-containing oxide is attached to a portion of the particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles, and the Mg-containing oxide is attached to a portion of the particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles. This results in a positive electrode active material that exhibits little cycle degradation and high energy density retention even when repeatedly charged and discharged at high voltages in a lithium secondary battery.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質に係るチタンを含む酸化物としては、例えば、TiO2、Ti2O3、TinO2n-1(n=3~9)等のTiの酸化物、Tiと、Mg、Li、Ni、Mn、Co及びMから選ばれる1種又は2種以上を含む複合酸化物等が挙げられる。 Examples of the oxide containing titanium in the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention include oxides of Ti such as TiO 2 , Ti 2 O 3 , and Ti n O 2n-1 (n = 3 to 9), and composite oxides containing Ti and one or more elements selected from Mg, Li, Ni, Mn, Co, and M.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質において、Tiを含む酸化物の付着量は、原子換算で、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のNi、Mn、Co及びMの合計量(モル)に対し、Tiとして、0.01~5.00モル%であることが好ましく、0.02~4.50モル%であることが特に好ましい。Tiを含む酸化物の付着量が上記範囲にあることにより、初期容量とサイクル特性を両立させることができる。 In the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention, the amount of Ti-containing oxide attached is, in atomic terms, preferably 0.01 to 5.00 mol %, and particularly preferably 0.02 to 4.50 mol %, relative to the total amount (moles) of Ni, Mn, Co, and M in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide. By having the amount of Ti-containing oxide attached within this range, both initial capacity and cycle characteristics can be achieved.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質において、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の表面に付着しているMgを含む酸化物としては、例えば、MgO、MgO2等のMgの酸化物、Mgと、Ti、Li、Ni、Mn、Co及びMから選ばれる1種又は2種以上を含む複合酸化物等が挙げられる。 In the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, examples of the oxide containing Mg attached to the surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles include oxides of Mg such as MgO and MgO2 , and composite oxides containing Mg and one or more elements selected from Ti, Li, Ni, Mn, Co, and M.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質において、Mgを含む酸化物の付着量は、原子換算で、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物中のNi、Mn、Co及びMの合計量(モル)に対し、Mgとして、0.01~5.00モル%であることが好ましく、0.02~4.50モル%であることが特に好ましい。Mgを含む酸化物の付着量が上記範囲にあることにより、初期容量とサイクル特性を好ましい範囲に両立させることができる。 In the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention, the amount of Mg-containing oxide attached is, in atomic terms, preferably 0.01 to 5.00 mol %, and particularly preferably 0.02 to 4.50 mol %, relative to the total amount (moles) of Ni, Mn, Co, and M in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide. By having the amount of Mg-containing oxide attached within the above range, it is possible to achieve both desirable initial capacity and cycle characteristics.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質において、原子換算で、Tiを含む酸化物中のTiとMgを含む酸化物中のMgのモル比(Ti:Mg)は、好ましくは1.0:16.0~3.0:2.0、特に好ましくは1.0:12.0~5.0:4.0である。Tiを含む酸化物中のTiとMgを含む酸化物中のMgのモル比が上記範囲にあることにより、初期容量とサイクル特性を好ましい範囲に両立させることができる。 In the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention, the molar ratio of Ti in the Ti-containing oxide to Mg in the Mg-containing oxide (Ti:Mg), in atomic terms, is preferably 1.0:16.0 to 3.0:2.0, and particularly preferably 1.0:12.0 to 5.0:4.0. By having the molar ratio of Ti in the Ti-containing oxide to Mg in the Mg-containing oxide within the above range, it is possible to achieve both desirable initial capacity and cycle characteristics.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の平均粒子径は、レーザ回折・散乱法により求められる粒度分布における体積積算50%の粒子径(D50)で、0.50~30.0μm、好ましくは1.0~25.0μm、特に好ましくは1.5~20.0μmである。また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質のBET比表面積は、好ましくは0.05~2.00m2/g、特に好ましくは0.15~1.00m2/gである。本発明のリチウム二次電池用正極活物質の平均粒子径又はBET比表面積が上記範囲にあることにより、正極合剤の調製や塗工性が容易になり、さらには充填性の高い電極が得られる。 The average particle size of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is 0.50 to 30.0 μm, preferably 1.0 to 25.0 μm, and particularly preferably 1.5 to 20.0 μm, as the particle size at 50% volume (D50) in the particle size distribution determined by a laser diffraction/scattering method. The BET specific surface area of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is preferably 0.05 to 2.00 m 2 /g, and particularly preferably 0.15 to 1.00 m 2 /g. When the average particle size or BET specific surface area of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is within the above ranges, the preparation and coating properties of the positive electrode mixture are facilitated, and an electrode with high packing properties can be obtained.
また、本発明のリチウム二次電池用正極活物質の残存アルカリ量は、好ましくは1.20質量%以下、特に好ましくは1.00質量%以下である。リチウム二次電池用正極活物質の残存アルカリ量が上記範囲にあることにより、残存アルカリに起因にするガス発生により生じる電池の膨張や劣化を抑制することができる。 Furthermore, the residual alkali content of the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention is preferably 1.20% by mass or less, and particularly preferably 1.00% by mass or less. By ensuring that the residual alkali content of the positive electrode active material for lithium secondary batteries is within this range, it is possible to suppress battery expansion and deterioration caused by gas generation due to the residual alkali.
なお、本発明のリチウム二次電池用正極活物質の残存アルカリ及びその測定方法は、前述したリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子で説明したとおりであり、残存アルカリは、リチウム二次電池用正極活物質を25℃の水に攪拌分散させたときに、水に溶出されるアルカリ成分を示す。そして、残存アルカリ量は、リチウム二次電池用正極活物質5g及び純水100gをビーカーに計り取り、25℃で、マグネチックスターラーで5分間分散させ、次いで、この分散液をろ過し、得られるろ液中に存在するアルカリの量を中和滴定することにより求められる。なお、該残存アルカリ量は、滴定によりリチウム量を測定して炭酸リチウムに換算した値である。 The residual alkali in the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention and the method for measuring it are as described above for the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles. The residual alkali refers to the alkaline component eluted into water when the positive electrode active material for a lithium secondary battery is stirred and dispersed in water at 25°C. The amount of residual alkali is determined by weighing 5 g of the positive electrode active material for a lithium secondary battery and 100 g of pure water into a beaker, dispersing the mixture with a magnetic stirrer at 25°C for 5 minutes, filtering the dispersion, and subjecting the amount of alkali present in the resulting filtrate to neutralization titration. The amount of residual alkali is determined by measuring the amount of lithium by titration and converting it to lithium carbonate.
本発明に係るリチウム二次電池用正極活物質は、平均粒子径が7.5~30.0μmである大粒子と、平均粒子径が0.50~7.5μmである小粒子と、の混合物であることが、体積当たりの容量が高くなる点で好ましい。大粒子の平均粒子径は、7.5~30.0μm、好ましくは8.0~25.0μm、特に好ましくは8.5~20.0μmである。小粒子の平均粒子径は、0.5~7.5μm、好ましくは1.0~7.0μm、特に好ましくは1.5~6.5μmである。また、大粒子と小粒子の混合比は、質量比で、7:13~19:1であることが好ましく、1:1~9:1であることが特に好ましい。また、大粒子と小粒子の混合物は、0.65tonf/cm2で圧縮処理した時の加圧密度が、2.7g/cm3以上、好ましくは2.8~3.3g/cm3であることが、体積当たりの容量が高くなる点で好ましい。なお、本発明に係るリチウム二次電池用正極活物質が、大粒子と小粒子の混合物である場合、該混合物は、例えば、平均粒子径が7.5~30.0μm、好ましくは8.0~25.0μm、特に好ましくは8.5~20.0μmであり且つ粒子表面の少なくとも一部に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が付着している一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子(大粒子)と、平均粒子径が0.5~7.5μm、好ましくは1.0~7.0μm、特に好ましくは1.5~6.5μmであり且つ粒子表面の少なくとも一部に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が付着している一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子(小粒子)とを、それぞれ別々に製造し、次いで、得られた大粒子と小粒子を、所定の混合比で混合することにより得られる。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention is preferably a mixture of large particles having an average particle diameter of 7.5 to 30.0 μm and small particles having an average particle diameter of 0.50 to 7.5 μm, in terms of increasing capacity per volume. The average particle diameter of the large particles is 7.5 to 30.0 μm, preferably 8.0 to 25.0 μm, and particularly preferably 8.5 to 20.0 μm. The average particle diameter of the small particles is 0.5 to 7.5 μm, preferably 1.0 to 7.0 μm, and particularly preferably 1.5 to 6.5 μm. The mixing ratio of the large particles to the small particles, by mass, is preferably 7:13 to 19:1, and particularly preferably 1:1 to 9:1. Furthermore, it is preferable that the mixture of large and small particles has a compressed density of 2.7 g/ cm3 or more, preferably 2.8 to 3.3 g/ cm3 when compressed at 0.65 tonf/ cm2 , in terms of increasing the capacity per volume. When the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention is a mixture of large particles and small particles, the mixture can be obtained by separately producing lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles (large particles) represented by the general formula (1) having an average particle size of 7.5 to 30.0 μm, preferably 8.0 to 25.0 μm, particularly preferably 8.5 to 20.0 μm, and having an oxide containing Ti and an oxide containing Mg attached to at least a part of the particle surface, and lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles (small particles) represented by the general formula (1) having an average particle size of 0.5 to 7.5 μm, preferably 1.0 to 7.0 μm, particularly preferably 1.5 to 6.5 μm, and having an oxide containing Ti and an oxide containing Mg attached to at least a part of the particle surface, and then mixing the resulting large particles and small particles at a predetermined mixing ratio.
本発明に係るリチウム二次電池用正極活物質は、如何なる製造方法で製造されたものであってもよいが、本発明のリチウム二次電池用正極活物質を製造する方法としては、一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子と、Tiを含む酸化物と、Mgを含む酸化物と、を乾式で混合処理することにより、該リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物を付着させて、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物付着複合酸化物粒子を得た後、該Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物付着複合酸化物粒子を400℃以上750℃未満の温度で、好ましくは500℃以上700℃以下の温度で、特に好ましくは550℃以上700℃以下の温度で加熱処理することにより、本発明のリチウム二次電池用正極活物質を得る方法(以下、本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法とも記載する。)が、サイクルの劣化が少なく、エネルギー密度維持率が高いリチウム二次電池とすることができる点で好ましい。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention may be produced by any production method. However, a preferred method for producing the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention involves dry-mixing lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by general formula (1) with a Ti-containing oxide and an Mg-containing oxide, thereby adhering the Ti-containing oxide and Mg-containing oxide to the surfaces of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles to obtain Ti- and Mg-containing oxide-attached composite oxide particles, and then heat-treating the Ti- and Mg-containing oxide-attached composite oxide particles at a temperature of 400°C or higher but lower than 750°C, preferably 500°C or higher but lower than 700°C, and particularly preferably 550°C or higher but lower than 700°C, to obtain the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention (hereinafter also referred to as the method for producing the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention). This method results in a lithium secondary battery with minimal cycle degradation and a high energy density retention rate.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法で用いる一般式(1)で表されるリチウムコバルト系複合酸化物粒子は、前述した本発明のリチウム二次電池用正極活物質において、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物が付着される前の一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子である。 The lithium-cobalt composite oxide particles represented by general formula (1) used in the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention are the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide particles represented by general formula (1) in the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention described above before the Ti-containing oxide and the Mg-containing oxide are attached.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法に係るTiを含む酸化物としては、例えば、TiO2、Ti2O3、TinO2n-1(n=3~9)等のTiの酸化物、Tiと、Mg、Li、Ni、Mn、Co及びMから選ばれる1種又は2種以上を含む複合酸化物等が挙げられ、これらのうち、Tiの酸化物、特にTiO2がサイクル特性を改善させる効果が高くなる点で好ましい。 Examples of the oxide containing Ti in the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention include oxides of Ti such as TiO 2 , Ti 2 O 3 , and Ti n O 2n-1 (n = 3 to 9), and composite oxides containing Ti and one or more elements selected from Mg, Li, Ni, Mn, Co, and M. Of these, oxides of Ti, particularly TiO 2 , are preferred because of their enhanced effect in improving cycle characteristics.
Tiを含む酸化物の平均粒子径は、レーザ回折・散乱法により求められる体積積算50%の粒子径(D50)で、100μm以下、好ましくは0.01~10.0μmであることが、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に効率よくTiを含む酸化物を付着させることができる点で好ましい。 The average particle size of the Ti-containing oxide, as determined by laser diffraction/scattering, is 100 μm or less, preferably 0.01 to 10.0 μm, as the particle size at 50% of the volume (D50). This allows the Ti-containing oxide to be efficiently attached to the particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles.
なお、Tiを含む酸化物は、一次粒子が集合し二次粒子を形成する凝集体であってもよい。本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法では、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子と、Tiを含む酸化物と、Mgを含む酸化物と、を乾式で混合処理するため、凝集状のTiを含む酸化物は、混合中に細かく解砕されるので、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に、微粒化されたTiを含む酸化物を付着させることができる。 The Ti-containing oxide may be in the form of aggregates, in which primary particles aggregate to form secondary particles. In the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles, a Ti-containing oxide, and an Mg-containing oxide are mixed together in a dry process. Therefore, the aggregated Ti-containing oxide is finely broken down during mixing, allowing the finely divided Ti-containing oxide to adhere to the particle surfaces of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles.
凝集状のTiを含む酸化物を用いる場合は、Tiを含む酸化物の一次粒子径は、走査型電子顕微鏡写真から求められる一次粒子の平均粒子径で、2.0μm以下、好ましくは0.001~1.0μmであることが、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に効率よくTiを含む酸化物を付着されることができる点で好ましい。 When using aggregated Ti-containing oxides, it is preferable that the primary particle diameter of the Ti-containing oxides be 2.0 μm or less, preferably 0.001 to 1.0 μm, as the average particle diameter of the primary particles determined from scanning electron micrographs, since this allows the Ti-containing oxides to be efficiently attached to the particle surfaces of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法に係るMgを含む酸化物としては、例えば、MgO、MgO2等のMgの酸化物、Mgと、Ti、Li、Ni、Mn、Co及びMから選ばれる1種又は2種以上を含む複合酸化物等が挙げられる。 Examples of oxides containing Mg in the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention include oxides of Mg such as MgO and MgO2 , and composite oxides containing Mg and one or more elements selected from Ti, Li, Ni, Mn, Co, and M.
Mgを含む酸化物の平均粒子径は、レーザ回折・散乱法により求められる体積積算50%の粒子径(D50)で、100μm以下、好ましくは0.01~10.0μmであることが、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に効率よくMgを含む酸化物を付着させることができる点で、好ましい。 The average particle size of the Mg-containing oxide, as determined by laser diffraction/scattering, is 100 μm or less, preferably 0.01 to 10.0 μm, as the particle size at 50% of the volume (D50). This allows the Mg-containing oxide to be efficiently attached to the particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles.
なお、Mgを含む酸化物は、一次粒子が集合し二次粒子を形成する凝集体であってもよい。本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法では、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子と、Mgを含む酸化物と、Tiを含む酸化物と、を乾式で混合処理するため、凝集状のMgを含む酸化物は、混合中に細かく解砕されるので、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に、微粒化されたMgを含む酸化物を付着させることができる。 The Mg-containing oxide may be in the form of aggregates, where primary particles aggregate to form secondary particles. In the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles, an Mg-containing oxide, and a Ti-containing oxide are mixed together in a dry process. Therefore, the aggregated Mg-containing oxide is finely broken down during mixing, allowing the finely divided Mg-containing oxide to adhere to the particle surfaces of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles.
凝集状のMgを含む酸化物を用いる場合は、Mgを含む酸化物の一次粒子径は、走査型電子顕微鏡写真から求められる一次粒子の平均粒子径で、2.0μm以下、好ましくは0.001~1.0μmであることが、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に効率よくMgを含む酸化物を付着させることができる点で好ましい。 When using an aggregated Mg-containing oxide, the primary particle size of the Mg-containing oxide, as determined from a scanning electron microscope photograph, is preferably 2.0 μm or less, and preferably 0.001 to 1.0 μm, in order to efficiently adhere the Mg-containing oxide to the particle surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法において、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子へのTiを含む酸化物の混合量は、原子換算で、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子中のNi、Mn、Co及びMの合計量(モル)に対して、Tiとして、0.01~5.00モル%、好ましくは0.02~4.50モル%となる混合量であることが、初期容量とサイクル特性を好ましい範囲に両立させることができる点で好ましい。 In the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the amount of Ti-containing oxide mixed into the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles is preferably 0.01 to 5.00 mol %, and more preferably 0.02 to 4.50 mol %, in terms of atomic conversion, relative to the total amount (moles) of Ni, Mn, Co, and M in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles, as this allows for achieving both desirable initial capacity and cycle characteristics.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法において、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子へのMgを含む酸化物の混合量は、原子換算で、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子中のNi、Mn、Co及びMの合計量(モル)に対して、Mgとして、0.01~5.00モル%、好ましくは0.02~4.50モル%となる混合量であることが、初期容量とサイクル特性を好ましい範囲に両立させることができる点で好ましい。 In the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the amount of oxide containing Mg mixed into the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles is preferably 0.01 to 5.00 mol %, and more preferably 0.02 to 4.50 mol %, in terms of atomic conversion, relative to the total amount (moles) of Ni, Mn, Co, and M in the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles, as this allows for achieving both desirable initial capacity and cycle characteristics.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法において、Tiを含む酸化物とMgを含む酸化物の混合割合は、原子換算で、Tiを含む酸化物中のTiとMgを含む酸化物中のMgのモル比(Ti:Mg)が、1.0:16.0~3.0:2.0、好ましくは1.0:12.0~5.0:4.0となる混合割合であることが、初期容量とサイクル特性を好ましい範囲に両立させることができる点で好ましい。 In the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the mixing ratio of the Ti-containing oxide and the Mg-containing oxide is such that the molar ratio of Ti in the Ti-containing oxide to Mg in the Mg-containing oxide (Ti:Mg) is, in atomic terms, 1.0:16.0 to 3.0:2.0, preferably 1.0:12.0 to 5.0:4.0, which is preferable in terms of achieving a balance between initial capacity and cycle characteristics within preferred ranges.
そして、一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子と、Tiを含む酸化物と、Mgを含む酸化物と、を乾式で混合処理することにより、一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物を付着させ、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物付着複合酸化物粒子、すなわち、粒子表面の少なくとも一部がTiを含む酸化物及びMgを含む酸化物で被覆されている一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子を得ることができる。 Then, by dry mixing the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by general formula (1), an oxide containing Ti, and an oxide containing Mg, the oxide containing Ti and the oxide containing Mg are adhered to the particle surfaces of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by general formula (1), thereby obtaining composite oxide particles with an oxide containing Ti and an oxide containing Mg adhered thereto, i.e., lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by general formula (1) in which at least a portion of the particle surface is coated with an oxide containing Ti and an oxide containing Mg.
混合処理で用いる装置としては、例えばハイスピードミキサー、スーパーミキサー、ターボスフェアミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー及びリボンブレンダー、V型混合機等の装置が挙げられる。なお、これら混合操作は、例示した機械的手段に限定されるものではない。また、実験室レベルでは、家庭用ミキサー、実験用ミルでも十分である。 Equipment used in the mixing process includes, for example, a high-speed mixer, super mixer, turbosphere mixer, Henschel mixer, Nauta mixer, ribbon blender, V-type mixer, etc. However, these mixing operations are not limited to the mechanical means exemplified above. Furthermore, at the laboratory level, a household mixer or laboratory mill is also sufficient.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法では、 次いで、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物付着複合酸化物粒子を、400℃以上750℃未満の温度で、好ましくは500℃以上700℃以下の温度で、特に好ましくは550℃以上700℃以下の温度で加熱処理する。この加熱処理を行うことにより、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物を強固に付着させることができる。 In the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the composite oxide particles having an oxide containing Ti and an oxide containing Mg attached thereto are then heat-treated at a temperature of 400°C or higher but lower than 750°C, preferably at a temperature of 500°C or higher but lower than 700°C, and particularly preferably at a temperature of 550°C or higher but lower than 700°C. This heat treatment allows the oxide containing Ti and the oxide containing Mg to be firmly attached to the particle surfaces of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles.
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法において、加熱処理の時間は、臨界的ではなく、通常は1時間以上、好ましくは2~10時間であれば、満足の行く性能のリチウム二次電池用正極活物質を得ることができる。加熱処理の雰囲気は、空気、酸素ガス等の酸化雰囲気であることが好ましい。 In the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the heat treatment time is not critical, and a heat treatment time of at least 1 hour, preferably 2 to 10 hours, will generally yield a positive electrode active material for a lithium secondary battery with satisfactory performance. The heat treatment atmosphere is preferably an oxidizing atmosphere such as air or oxygen gas.
本発明のリチウム二次電池は、正極活物質として、本発明のリチウム二次電池用正極活物質を用いるものである。本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、セパレータ、及びリチウム塩を含有する非水電解質からなる。 The lithium secondary battery of the present invention uses the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention as the positive electrode active material. The lithium secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte containing a lithium salt.
本発明のリチウム二次電池に係る正極は、例えば、正極集電体上に正極合剤を塗布乾燥等して形成されるものである。正極合剤は、正極活物質、導電剤、結着剤、及び必要により添加されるフィラー等からなる。本発明のリチウム二次電池は、正極に、本発明のリチウム二次電池用正極活物質が均一に塗布されている。このため本発明のリチウム二次電池は、電池性能が高く、特にサイクル特性に優れる。 The positive electrode of the lithium secondary battery of the present invention is formed, for example, by applying a positive electrode mixture to a positive electrode current collector and drying the mixture. The positive electrode mixture comprises a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and, if necessary, a filler. The lithium secondary battery of the present invention has the positive electrode uniformly coated with the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention. As a result, the lithium secondary battery of the present invention has high battery performance, and in particular, excellent cycle characteristics.
本発明のリチウム二次電池に係る正極合剤に含有される正極活物質の含有量は、好ましくは70~100質量%、特に好ましくは90~98質量%である。 The content of the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture for the lithium secondary battery of the present invention is preferably 70 to 100 mass%, and particularly preferably 90 to 98 mass%.
本発明のリチウム二次電池に係る正極集電体としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば特に制限されるものでないが、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの等が挙げられる。これらの材料の表面を酸化して用いてもよく、表面処理により集電体表面に凹凸を付けて用いてもよい。また、集電体の形態としては、例えば、フォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発砲体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。集電体の厚さは特に制限されないが、1~500μmとすることが好ましい。 The positive electrode current collector for the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it is an electronic conductor that does not undergo chemical changes in the constructed battery. Examples include stainless steel, nickel, aluminum, titanium, calcined carbon, and aluminum or stainless steel surfaces that have been surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver. These materials may be used with their surfaces oxidized, or the current collector surface may be roughened by surface treatment. The current collector may be in the form of, for example, foil, film, sheet, net, punched, lath, porous, foam, fiber group, or nonwoven fabric. The thickness of the current collector is not particularly limited, but a thickness of 1 to 500 μm is preferred.
本発明のリチウム二次電池に係る導電剤としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導材料であれば特に限定はない。例えば、天然黒鉛及び人工黒鉛等の黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維や金属繊維等の導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉等の金属粉末類、酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物、或いはポリフェニレン誘導体等の導電性材料が挙げられ、天然黒鉛としては、例えば、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛及び土状黒鉛等が挙げられる。これらは、1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。導電剤の配合比率は、正極合剤中、1~50質量%、好ましくは2~30質量%である。 The conductive agent for the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it is an electronically conductive material that does not undergo chemical changes in the constructed battery. Examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon blacks such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and conductive materials such as polyphenylene derivatives. Examples of natural graphite include scaly graphite, flake graphite, and amorphous graphite. These can be used alone or in combination. The conductive agent is blended in an amount of 1 to 50% by mass, preferably 2 to 30% by mass, of the positive electrode mixture.
本発明のリチウム二次電池に係る結着剤としては、例えば、デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフロオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン-ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン-ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン-アクリル酸共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン-メタクリル酸共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン-アクリル酸メチル共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン-メタクリル酸メチル共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、ポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー等が挙げられ、これらは1種または2種以上組み合わせて用いることができる。なお、多糖類のようにリチウムと反応するような官能基を含む化合物を用いるときは、例えば、イソシアネート基のような化合物を添加してその官能基を失活させることが好ましい。結着剤の配合比率は、正極合剤中、1~50質量%、好ましくは5~15質量%である。 Examples of binders for the lithium secondary battery of the present invention include starch, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, diacetyl cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluororubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl Examples of the polymerizable compound include vinyl ether copolymers, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymers, ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymers, propylene-tetrafluoroethylene copolymers, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymers, ethylene-acrylic acid copolymers or (Na + ) ion crosslinked products thereof, ethylene-methacrylic acid copolymers or (Na + ) ion crosslinked products thereof, ethylene-methyl acrylate copolymers or (Na + ) ion crosslinked products thereof, ethylene-methyl methacrylate copolymers or ( Na + ) ion crosslinked products thereof, polysaccharides such as polyethylene oxide, thermoplastic resins, and polymers having rubber elasticity, and these can be used alone or in combination of two or more. When a compound containing a functional group that reacts with lithium, such as a polysaccharide, is used, it is preferable to deactivate the functional group by adding a compound such as an isocyanate group. The blending ratio of the binder in the positive electrode mixture is 1 to 50 mass %, preferably 5 to 15 mass %.
本発明のリチウム二次電池に係るフィラーは、正極合剤において正極の体積膨張等を抑制するものであり、必要により添加される。フィラーとしては、構成された電池において化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができるが、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素等の繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、正極合剤中、0~30質量%が好ましい。 The filler in the lithium secondary battery of the present invention suppresses volume expansion of the positive electrode in the positive electrode mixture and is added as needed. Any fibrous material that does not undergo chemical changes in the constructed battery can be used as the filler, including fibers of olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, glass, and carbon. The amount of filler added is not particularly limited, but is preferably 0 to 30% by mass in the positive electrode mixture.
本発明のリチウム二次電池に係る負極は、負極集電体上に負極材料を塗布乾燥等して形成される。本発明のリチウム二次電池に係る負極集電体としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば特に制限されるものでないが、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、焼成炭素、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの及びアルミニウム-カドミウム合金等が挙げられる。また、これらの材料の表面を酸化して用いてもよく、表面処理により集電体表面に凹凸を付けて用いてもよい。また、集電体の形態としては、例えば、フォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発砲体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。集電体の厚さは特に制限されないが、1~500μmとすることが好ましい。 The negative electrode of the lithium secondary battery of the present invention is formed by applying a negative electrode material to a negative electrode current collector and drying the applied material. The negative electrode current collector of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it is an electronic conductor that does not undergo chemical changes in the constructed battery. Examples include stainless steel, nickel, copper, titanium, aluminum, calcined carbon, copper or stainless steel surfaces surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver, and aluminum-cadmium alloys. These materials may also be used with their surfaces oxidized, or the current collector surface may be roughened by surface treatment. Examples of the current collector form include foil, film, sheet, net, punched, lath, porous, foam, fiber clusters, and nonwoven fabric molded bodies. The thickness of the current collector is not particularly limited, but a thickness of 1 to 500 μm is preferred.
本発明のリチウム二次電池に係る負極材料としては、特に制限されるものではないが、例えば、炭素質材料、金属複合酸化物、リチウム金属、リチウム合金、ケイ素系合金、錫系合金、金属酸化物、導電性高分子、カルコゲン化合物、Li-Co-Ni系材料、Li4Ti5O12、ニオブ酸リチウム、酸化ケイ素(SiOx:0.5≦x≦1.6)等が挙げられる。炭素質材料としては、例えば、難黒鉛化炭素材料、黒鉛系炭素材料等が挙げられる。金属複合酸化物としては、例えば、Snp(M1)1-p(M2)qOr(式中、M1はMn、Fe、Pb及びGeから選ばれる1種以上の元素を示し、M2はAl、B、P、Si、周期律表第1族、第2族、第3族及びハロゲン元素から選ばれる1種以上の元素を示し、0<p≦1、1≦q≦3、1≦r≦8を示す。)、LitFe2O3(0≦t≦1)、LitWO2(0≦t≦1)等の化合物が挙げられる。金属酸化物としては、GeO、GeO2、SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5等が挙げられる。導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレン等が挙げられる。 The negative electrode material for the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include carbonaceous materials, metal composite oxides, lithium metal, lithium alloys, silicon-based alloys, tin-based alloys, metal oxides, conductive polymers, chalcogen compounds, Li—Co—Ni-based materials, Li 4 Ti 5 O 12 , lithium niobate, silicon oxide (SiOx: 0.5≦x≦1.6), etc. Examples of carbonaceous materials include non-graphitizable carbon materials and graphite-based carbon materials. Examples of metal composite oxides include compounds such as Sn p (M 1 ) 1-p (M 2 ) q O r (wherein M 1 represents one or more elements selected from Mn, Fe, Pb, and Ge, and M 2 represents one or more elements selected from Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, and Group 3 of the periodic table, and halogen elements, and 0<p≦1, 1≦q≦3, and 1≦r≦8), Li t Fe 2 O 3 (0≦t≦1), and Li t WO 2 (0≦t≦1). Examples of metal oxides include GeO, GeO 2 , SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and Bi 2 O 5. Examples of conductive polymers include polyacetylene and poly-p-phenylene.
本発明のリチウム二次電池に係るセパレータとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持った絶縁性の薄膜が用いられる。耐有機溶剤性と疎水性からポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊維あるいはポリエチレンなどからつくられたシートや不織布が用いられる。セパレータの孔径としては、一般的に電池用として有用な範囲であればよく、例えば、0.01~10μmである。セパレータの厚みとしては、一般的な電池用の範囲であればよく、例えば5~300μmである。なお、後述する電解質としてポリマーなどの固体電解質が用いられる場合には、固体電解質がセパレータを兼ねるようなものであってもよい。 The separator used in the lithium secondary battery of the present invention is an insulating thin film with high ion permeability and a predetermined mechanical strength. Sheets or nonwoven fabrics made from olefin polymers such as polypropylene, glass fibers, or polyethylene are used because of their resistance to organic solvents and hydrophobicity. The pore size of the separator may be within a range generally useful for batteries, for example, 0.01 to 10 μm. The thickness of the separator may be within a range generally used for batteries, for example, 5 to 300 μm. Note that when a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte described below, the solid electrolyte may also serve as the separator.
本発明のリチウム二次電池に係るリチウム塩を含有する非水電解質は、非水電解質とリチウム塩とからなるものである。本発明のリチウム二次電池に係る非水電解質としては、非水電解液、有機固体電解質、無機固体電解質が用いられる。非水電解液としては、例えば、N-メチル-2-ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,3-ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、3-メチル-2-オキサゾリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3-プロパンサルトン、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の非プロトン性有機溶媒の1種または2種以上を混合した溶媒が挙げられる。 The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte for the lithium secondary battery of the present invention comprises a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. The non-aqueous electrolyte for the lithium secondary battery of the present invention may be a non-aqueous electrolytic solution, an organic solid electrolyte, or an inorganic solid electrolyte. Examples of non-aqueous electrolytes include aprotic organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, diethyl ether, 1,3-propane sultone, methyl propionate, and ethyl propionate, either alone or in combination.
本発明のリチウム二次電池に係る有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキサイド誘導体又はこれを含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体又はこれを含むポリマー、リン酸エステルポリマー、ポリホスファゼン、ポリアジリジン、ポリエチレンスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン等のイオン性解離基を含むポリマー、イオン性解離基を含むポリマーと上記非水電解液の混合物等が挙げられる。 Examples of organic solid electrolytes for the lithium secondary battery of the present invention include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives or polymers containing same, polypropylene oxide derivatives or polymers containing same, phosphate ester polymers, polymers containing ionically dissociable groups such as polyphosphazene, polyaziridine, polyethylene sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and polyhexafluoropropylene, and mixtures of polymers containing ionically dissociable groups with the above-mentioned nonaqueous electrolyte solutions.
本発明のリチウム二次電池に係る無機固体電解質としては、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩、硫化物等を用いることができ、例えば、Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH、P2S5、Li2S又はLi2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-GeS2、Li2S-Ga2S3、Li2S-B2S3、Li2S-P2S5-X、Li2S-SiS2-X、Li2S-GeS2-X、Li2S-Ga2S3-X、Li2S-B2S3-X、(式中、XはLiI、B2S3、又はAl2S3から選ばれる少なくとも1種以上)等が挙げられる。 As the inorganic solid electrolyte for the lithium secondary battery of the present invention, a nitride, halide, oxyacid salt, sulfide, etc. of Li can be used, and examples thereof include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N—LiI—LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 —LiI—LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 —LiI—LiOH, P 2 S 5 , Li 2 S or Li 2 S—P 2 S 5 , Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—GeS 2 , Li 2 S—Ga 2 S 3 , Li 2 S—B 2 S 3 , Li 2 S—P 2 S 5 -X, Li 2S —SiS 2 —X, Li 2S —GeS 2 —X, Li 2S —Ga 2S 3 —X, Li 2S —B 2S 3 —X (wherein X is at least one selected from LiI, B 2S 3 , and Al 2S 3 ), and the like.
更に、無機固体電解質が非晶質(ガラス)の場合は、リン酸リチウム(Li3PO4)、酸化リチウム(Li2O)、硫酸リチウム(Li2SO4)、酸化リン(P2O5)、硼酸リチウム(Li3BO3)等の酸素を含む化合物、Li3PO4-uN2u/3(uは0<u<4)、Li4SiO4-uN2u/3(uは0<u<4)、Li4GeO4-uN2u/3(uは0<u<4)、Li3BO3-uN2u/3(uは0<u<3)等の窒素を含む化合物を無機固体電解質に含有させることができる。この酸素を含む化合物又は窒素を含む化合物の添加により、形成される非晶質骨格の隙間を広げ、リチウムイオンが移動する妨げを軽減し、更にイオン伝導性を向上させることができる。 Furthermore, when the inorganic solid electrolyte is amorphous (glass), the inorganic solid electrolyte can contain oxygen-containing compounds such as lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium oxide (Li 2 O), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), phosphorus oxide (P 2 O 5 ), and lithium borate (Li 3 BO 3 ), and nitrogen-containing compounds such as Li 3 PO 4 -u N 2u /3 (u is 0<u<4), Li 4 SiO 4-u N 2u/3 (u is 0<u<4), Li 4 GeO 4-u N 2u/3 (u is 0<u<4), and Li 3 BO 3-u N 2u/3 (u is 0<u<3). The addition of the oxygen-containing compound or nitrogen-containing compound widens the gaps in the amorphous framework that is formed, reducing the hindrance to the movement of lithium ions, and further improving ion conductivity.
本発明のリチウム二次電池に係るリチウム塩としては、上記非水電解質に溶解するものが用いられ、例えば、LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiB10Cl10、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、四フェニルホウ酸リチウム、イミド類等の1種または2種以上を混合した塩が挙げられる。 The lithium salt used in the lithium secondary battery of the present invention is one that dissolves in the non-aqueous electrolyte, and examples thereof include LiCl, LiBr, LiI, LiClO4 , LiBF4 , LiB10Cl10 , LiPF6 , LiCF3SO3, LiCF3CO2 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiB10Cl10 , LiAlCl4 , CH3SO3Li , CF3SO3Li , ( CF3SO2 ) 2NLi , lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium tetraphenylborate, imides , and the like , or a mixture of two or more of these .
また、非水電解質には、放電、充電特性、難燃性を改良する目的で、以下に示す化合物を添加することができる。例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n-グライム、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、N-置換オキサゾリジノンとN,N-置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ポリエチレングルコール、ピロール、2-メトキシエタノール、三塩化アルミニウム、導電性ポリマー電極活物質のモノマー、トリエチレンホスホンアミド、トリアルキルホスフィン、モルフォリン、カルボニル基を持つアリール化合物、ヘキサメチルホスホリックトリアミドと4-アルキルモルフォリン、二環性の三級アミン、オイル、ホスホニウム塩及び三級スルホニウム塩、ホスファゼン、炭酸エステル等が挙げられる。また、電解液を不燃性にするために含ハロゲン溶媒、例えば、四塩化炭素、三弗化エチレンを電解液に含ませることができる。また、高温保存に適性を持たせるために電解液に炭酸ガスを含ませることができる。 The following compounds can be added to the non-aqueous electrolyte to improve discharge and charge characteristics and flame retardancy. Examples include pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ethers, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphoric triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinoneimine dyes, N-substituted oxazolidinones and N,N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, polyethylene glycol, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, conductive polymer electrode active material monomers, triethylenephosphonamide, trialkylphosphine, morpholine, aryl compounds with carbonyl groups, hexamethylphosphoric triamide and 4-alkylmorpholine, bicyclic tertiary amines, oils, phosphonium salts and tertiary sulfonium salts, phosphazene, and carbonate esters. Furthermore, halogen-containing solvents, such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride, can be added to the electrolyte to make it nonflammable. Carbon dioxide can also be added to the electrolyte to improve its suitability for high-temperature storage.
本発明のリチウム二次電池は、特に高電圧下で充放電を繰り返してもサイクルの劣化が少なく、エネルギー密度維持率が高いリチウム二次電池であり、電池の形状はボタン、シート、シリンダー、角、コイン型等いずれの形状であってもよい。 The lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery that exhibits little cycle deterioration even when repeatedly charged and discharged, particularly at high voltages, and has a high energy density retention rate.The battery may be in any shape, such as button, sheet, cylinder, prism, or coin shape.
本発明のリチウム二次電池の用途は、特に限定されないが、例えば、ノートパソコン、ラップトップパソコン、ポケットワープロ、携帯電話、コードレス子機、ポータブルCDプレーヤー、ラジオ、液晶テレビ、バックアップ電源、電気シェーバー、メモリーカード、ビデオムービー等の電子機器、自動車、電動車両、ドローン、ゲーム機器、電動工具等の民生用電子機器が挙げられる。 The uses of the lithium secondary battery of the present invention are not particularly limited, but examples include electronic devices such as notebook computers, laptop computers, pocket word processors, mobile phones, cordless handsets, portable CD players, radios, LCD televisions, backup power supplies, electric shavers, memory cards, and video camcorders, as well as consumer electronic devices such as automobiles, electric vehicles, drones, game devices, and power tools.
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子(LNMC)試料の調製>
<LNMC試料1>
炭酸リチウム(平均粒子径5.7μm)及びニッケルマンガンコバルト複合水酸化物(Ni:Mn:Co=6:2:2(モル比)、平均粒子径9.8μm)を秤量し、家庭用ミキサーで十分混合処理し、Li/(Ni+Mn+Co)のモル比が1.01の原料混合物を得た。なお、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は市販のものを用いた。
次いで、得られた原料混合物を、アルミナ製の鉢で700℃で2時間、つづいて850℃で10時間、大気雰囲気中で焼成した。焼成終了後、該焼成品を粉砕、分級した。得られた焼成品をXRDで測定した結果、単相のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物であることを確認した。また、得られたものは、平均粒子径が10.2μmで、BET比表面積が0.21m2/gで、二次凝集した球状のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子(LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2)であった。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
<Preparation of Lithium Nickel Manganese Cobalt Composite Oxide Particles (LNMC) Sample>
<LNMC Sample 1>
Lithium carbonate (average particle size 5.7 μm) and nickel manganese cobalt composite hydroxide (Ni:Mn:Co=6:2:2 (molar ratio), average particle size 9.8 μm) were weighed and thoroughly mixed in a household mixer to obtain a raw material mixture with a Li/(Ni+Mn+Co) molar ratio of 1.01. Note that a commercially available nickel manganese cobalt composite hydroxide was used.
The resulting raw material mixture was then fired in an alumina pot at 700°C for 2 hours, followed by 10 hours at 850°C in an air atmosphere. After firing, the fired product was crushed and classified. XRD analysis of the resulting fired product confirmed that it was a single-phase lithium nickel manganese cobalt composite oxide. The resulting product had an average particle size of 10.2 μm, a BET specific surface area of 0.21 m2 /g, and was agglomerated spherical lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles ( LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 ) .
<LNMC試料2>
炭酸リチウム(平均粒子径5.7μm)及びニッケルマンガンコバルト複合水酸化物(Ni:Mn:Co=6:2:2(モル比)、平均粒子径3.7μm)を秤量し、家庭用ミキサーで十分混合処理し、Li/(Ni+Mn+Co)のモル比が1.01の原料混合物を得た。なお、ニッケルマンガンコバルト複合水酸化物は市販のものを用いた。
次いで、得られた原料混合物を、アルミナ製の鉢で700℃で2時間、つづいて850℃で10時間、大気雰囲気中で焼成した。焼成終了後、該焼成品を粉砕、分級した。得られた焼成品をXRDで測定した結果、単相のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物であることを確認した。また、得られたものは、平均粒子径が5.4μmで、BET比表面積が0.69m2/gで、二次凝集した球状のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子(LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2)であった。
<LNMC Sample 2>
Lithium carbonate (average particle size 5.7 μm) and nickel manganese cobalt composite hydroxide (Ni:Mn:Co=6:2:2 (molar ratio), average particle size 3.7 μm) were weighed and thoroughly mixed in a household mixer to obtain a raw material mixture with a Li/(Ni+Mn+Co) molar ratio of 1.01. Note that a commercially available nickel manganese cobalt composite hydroxide was used.
The resulting raw material mixture was then fired in an alumina pot at 700°C for 2 hours, followed by 10 hours at 850°C in an air atmosphere. After firing, the fired product was crushed and classified. XRD analysis of the resulting fired product confirmed that it was a single-phase lithium nickel manganese cobalt composite oxide. The resulting product had an average particle size of 5.4 μm, a BET specific surface area of 0.69 m2 /g, and was agglomerated spherical lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles ( LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 ) .
上記で得られたリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物試料(LNMC試料)の諸物性を表1に示す。
なお、LMNC試料の平均粒子径、残存アルカリ量及び加圧密度については、下記のようにして測定した。
<平均粒子径>
レーザ回折・散乱法により求めた。
<残存アルカリ量の測定>
試料5g、超純水100gをビーカーに計り採りマグネチックスターラーを用いて25℃で5分間分散させた。次いで、この分散液をろ過し、そのろ液70mlを自動滴定装置(型式COMTITE-2500)にて0.1N-HClで滴定し、試料中に存在している残存アルカリ量(リチウム量を測定して炭酸リチウムに換算した値)を算出した。
<加圧密度>
試料2.25gを秤取り直径1.5cmの両軸成形器内に投入し、プレス機を用いて0.65tonf/cm2の圧力を1分間加えた状態で、圧縮物の高さを測定し、その高さから計算される圧縮物の見掛け体積と計り採った試料の質量とから、試料の加圧密度を算出した。
The physical properties of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide sample (LNMC sample) obtained above are shown in Table 1.
The average particle size, residual alkali content and pressed density of the LMNC samples were measured as follows.
<Average particle diameter>
It was determined by laser diffraction and scattering method.
<Measurement of remaining alkali amount>
5 g of the sample and 100 g of ultrapure water were weighed into a beaker and dispersed using a magnetic stirrer for 5 minutes at 25° C. Next, this dispersion was filtered, and 70 ml of the filtrate was titrated with 0.1 N-HCl using an automatic titrator (model COMTITE-2500), and the amount of alkali remaining in the sample (a value obtained by measuring the amount of lithium and converting it into lithium carbonate) was calculated.
<Compression density>
2.25 g of the sample was weighed and placed in a biaxial molding machine with a diameter of 1.5 cm, and a pressure of 0.65 tonf/ cm2 was applied for 1 minute using a press. The height of the compressed product was measured, and the compressed density of the sample was calculated from the apparent volume of the compressed product calculated from the height and the mass of the sample.
(実施例1)
LNMC試料1を29.8g採取し、そこに酸化マグネシウム(MgO)0.126g、酸化チタン(TiO2)0.0622gを添加し、実験用ミルにて十分混合処理して、TiO2及びMgO付着複合酸化物粒子を得た。次いで得られたTiO2及びMgO付着複合酸化物粒子を600℃で5時間焼成して、加熱処理を行った後、粉砕および分級を行い、酸化マグネシウムと酸化チタンが付着した正極活物質試料(改質LNMC試料)を得た。得られた正極活物質の平均粒子径(D50)は10.2μm、BET比表面積は0.30m2/gであった。
また、LNMC試料と同様な方法で、残存アルカリ量及び加圧密度を測定した。その結果を表2に示す。
また、得られた正極活物質試料を20,000倍の拡大倍率でサンプル粒子の粒子表面をSEM-EDX(日立ハイテクノロジーズ社製電界放出形走査電子顕微鏡SU-8220およびBRUKER社製エネルギー分散型X線分析装置XFlash5060FlatQUAD)でTi及びMgの元素マッピング分析を行って確認し、LNMC試料1の粒子表面にTi及びMgが偏在して不均一に分布し、粒子表面の一部にTi及びMgが存在していることが観察された。
なお、SEM―EDXの測定条件は下記のとおりである。
加速電圧:15kV、拡大倍率:20,000倍、ワーキングディスタンス:9.5~11.5mm、測定時間:6分間
酸化マグネシウムは、一次粒子が集合した二次粒子からなる凝集体を用いた。また、その凝集体をレーザ回折・散乱法により体積換算50%の粒子径(D50)を測定したところ3.3μmであり、SEM写真により求めた一次粒子の平均粒子径は0.22μmであった。
また、酸化チタンは、一次粒子が集合した二次粒子からなる凝集体を用いた。レーザ回折・散乱法により求められる体積換算50%の粒子径(D50)が0.38μmであり、SEM写真により求めた一次粒子の平均粒子径は0.035μmであった。
なお、一次粒子の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡観察から任意に粒子30個を抽出して、各々の粒子について短径と長径を測長して両者の和の1/2を算出し、30個分の平均値を平均粒子径として求めた。
Example 1
29.8 g of LNMC sample 1 was taken, to which 0.126 g of magnesium oxide (MgO) and 0.0622 g of titanium oxide (TiO 2 ) were added, and the mixture was thoroughly mixed in a laboratory mill to obtain TiO 2 and MgO-attached composite oxide particles. The resulting TiO 2 and MgO-attached composite oxide particles were then fired at 600°C for 5 hours, followed by heat treatment, pulverization, and classification to obtain a cathode active material sample (modified LNMC sample) with magnesium oxide and titanium oxide attached. The resulting cathode active material had an average particle diameter (D50) of 10.2 μm and a BET specific surface area of 0.30 m 2 /g.
The residual alkali content and pressed density were also measured in the same manner as for the LNMC sample, and the results are shown in Table 2.
Furthermore, the particle surfaces of the obtained positive electrode active material sample were subjected to elemental mapping analysis of Ti and Mg using SEM-EDX (a field emission scanning electron microscope SU-8220 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation and an energy dispersive X-ray analyzer XFlash5060FlatQUAD manufactured by BRUKER) at a magnification of 20,000 times, and it was confirmed that Ti and Mg were unevenly distributed on the particle surfaces of LNMC sample 1, and that Ti and Mg were present only on part of the particle surfaces.
The measurement conditions for SEM-EDX are as follows:
Acceleration voltage: 15 kV, magnification: 20,000x, working distance: 9.5 to 11.5 mm, measurement time: 6 minutes. The magnesium oxide used was an aggregate consisting of secondary particles formed by aggregation of primary particles. The particle diameter (D50) of the aggregate, converted into 50% by volume, was measured using a laser diffraction/scattering method and found to be 3.3 μm. The average particle diameter of the primary particles determined from SEM photographs was 0.22 μm.
The titanium oxide used was an aggregate of secondary particles formed by aggregation of primary particles. The particle size (D50) calculated as 50% by volume as determined by a laser diffraction/scattering method was 0.38 μm, and the average particle size of the primary particles as determined by SEM photography was 0.035 μm.
The average particle diameter of the primary particles was determined by randomly selecting 30 particles from the scanning electron microscope, measuring the minor axis and major axis of each particle, calculating half of the sum of the two, and averaging the values for the 30 particles to obtain the average particle diameter.
(実施例2)
LNMC試料2を29.7g採取し、そこに酸化マグネシウム(MgO)0.126g、酸化チタン(TiO2)0.144gを添加し、実験用ミルにて十分混合処理して、TiO2及びMgO付着複合酸化物粒子を得た。次いで得られたTiO2及びMgO付着複合酸化物粒子を600℃で5時間焼成して、加熱処理を行った後、粉砕および分級を行い、酸化マグネシウムと酸化チタンが付着した正極活物質試料(改質LNMC試料)を得た。得られた正極活物質の平均粒子径(D50)は3.8μm、BET比表面積は0.87m2/gであった。また、LNMC試料と同様な方法で、残存アルカリ量及び加圧密度を測定した。その結果を表2に示す。
また、実施例1と同様に得られた正極活物質試料を20,000倍の拡大倍率でサンプル粒子の粒子表面をSEM-EDX(日立ハイテクノロジーズ社製電界放出形走査電子顕微鏡SU-8220およびBRUKER社製エネルギー分散型X線分析装置XFlash5060FlatQUAD)でTi及びMgの元素マッピング分析を行って確認し、LNMC試料2の粒子表面にTi及びMgが偏在して不均一に分布し、粒子表面の一部にTi及びMgが存在していることが観察された。
Example 2
29.7 g of LNMC sample 2 was collected, to which 0.126 g of magnesium oxide (MgO) and 0.144 g of titanium oxide (TiO 2 ) were added, and the mixture was thoroughly mixed in a laboratory mill to obtain TiO 2 and MgO-attached composite oxide particles. The resulting TiO 2 and MgO-attached composite oxide particles were then fired at 600°C for 5 hours, heat-treated, pulverized, and classified to obtain a cathode active material sample (modified LNMC sample) with magnesium oxide and titanium oxide attached. The average particle diameter (D50) of the resulting cathode active material was 3.8 μm, and the BET specific surface area was 0.87 m 2 /g. The residual alkali content and pressed density were also measured using the same method as for the LNMC sample. The results are shown in Table 2.
Furthermore, the particle surfaces of the sample particles of the positive electrode active material sample obtained in the same manner as in Example 1 were subjected to elemental mapping analysis of Ti and Mg using SEM-EDX (a field emission scanning electron microscope SU-8220 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation and an energy dispersive X-ray analyzer XFlash5060FlatQUAD manufactured by BRUKER) at a magnification of 20,000 times, and it was confirmed that Ti and Mg were unevenly distributed on the particle surfaces of LNMC sample 2, and that Ti and Mg were present only on part of the particle surfaces.
(参考例1)
市販のコバルト酸リチウム(LiCoO2:平均粒子径9.1μm、BET比表面積0.38m2/g)を29.8g採取し、そこに酸化マグネシウム(MgO)0.0616g、酸化チタン(TiO2)0.124gを添加し、実験用ミルにて十分混合処理して、TiO2及びMgO付着複合酸化物粒子を得た。次いで得られたTiO2及びMgO付着複合酸化物粒子を600℃で5時間焼成して、加熱処理を行った後、粉砕および分級を行い、酸化マグネシウムと酸化チタンが付着した改質LCO試料を得た。
また、改質LCOについても、LNMC試料と同様な方法で、残存アルカリ量を測定した。その結果を表2に併記した。
また、得られた改質LCO試料をSEM-EDX分析により、粒子表面のTi原子及びMg原子のマッピングを行い、改質LCO試料の粒子表面の一部にTi及びMgが存在することが確認された。
(Reference example 1)
29.8 g of commercially available lithium cobalt oxide ( LiCoO2 : average particle size 9.1 μm, BET specific surface area 0.38 m2 /g) was collected, 0.0616 g of magnesium oxide (MgO) and 0.124 g of titanium oxide ( TiO2 ) were added, and the mixture was thoroughly mixed in a laboratory mill to obtain TiO2 and MgO-attached composite oxide particles. The obtained TiO2 and MgO-attached composite oxide particles were then calcined at 600°C for 5 hours, followed by heat treatment, pulverization, and classification to obtain a modified LCO sample with attached magnesium oxide and titanium oxide.
The amount of residual alkali in the modified LCO was also measured in the same manner as in the LNMC sample. The results are shown in Table 2.
Furthermore, the modified LCO sample was subjected to SEM-EDX analysis to map Ti atoms and Mg atoms on the particle surfaces, and it was confirmed that Ti and Mg were present on part of the particle surfaces of the modified LCO sample.
2)参考例1の付着量は、TiO2及びMgOの仕込み量から求められるLCO試料中の原子換算のCoの量に対する、原子換算のMg及びTiの量として算出した。
3)「-」は未測定を示す。
2) The deposition amount in Reference Example 1 was calculated as the amount of Mg and Ti in atomic terms relative to the amount of Co in atomic terms in the LCO sample, which was determined from the amounts of TiO 2 and MgO added.
3) "-" indicates not measured.
以下のようにして、電池性能試験を行った。
<リチウム二次電池の作製1>
実施例で得られた改質LNMC試料95質量%、黒鉛粉末2.5質量%、ポリフッ化ビニリデン2.5質量%を混合して正極剤とし、これをN-メチル-2-ピロリジノンに分散させて混練ペーストを調製した。該混練ペーストをアルミ箔に塗布したのち乾燥、プレスして直径15mmの円盤に打ち抜いて正極板を得た。
The battery performance test was carried out as follows.
<Preparation of Lithium Secondary Battery 1>
A positive electrode agent was prepared by mixing 95% by mass of the modified LNMC sample obtained in the example, 2.5% by mass of graphite powder, and 2.5% by mass of polyvinylidene fluoride, and this was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidinone to prepare a kneaded paste. The kneaded paste was applied to aluminum foil, dried, pressed, and punched into a disk with a diameter of 15 mm to obtain a positive electrode plate.
この正極板を用いて、セパレータ、負極、正極、集電板、取り付け金具、外部端子、電解液等の各部材を使用してコイン型リチウム二次電池を製作した。このうち、負極は金属リチウム箔を用い、電解液にはエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートの1:1混合液1リットルにLiPF61モルを溶解したものを使用した。
次いで、得られたリチウム二次電池の性能評価を行った。その結果を、表3に示す。なお、正極活物質としてLNMC試料1(比較例1)、LNMC試料2(比較例2)及び改質LCO(参考例1)を用いて同様な方法でリチウム二次電池を作成し、同様な評価を行った。その結果を、表3に示す。
A coin-type lithium secondary battery was fabricated using this positive electrode plate, a separator, a negative electrode, a positive electrode, a current collector, mounting hardware, external terminals, an electrolyte, etc. Metallic lithium foil was used for the negative electrode, and 1 mol of LiPF6 dissolved in 1 liter of a 1:1 mixture of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate was used as the electrolyte.
Next, the performance of the obtained lithium secondary battery was evaluated. The results are shown in Table 3. Lithium secondary batteries were fabricated in the same manner using LNMC sample 1 (Comparative Example 1), LNMC sample 2 (Comparative Example 2), and modified LCO (Reference Example 1) as the positive electrode active material, and similar evaluations were performed. The results are shown in Table 3.
<電池の性能評価1>
作製したコイン型リチウム二次電池を、室温で下記試験条件で作動させ、下記の電池性能を評価した。
(1)サイクル特性評価の試験条件
先ず、0.5Cにて4.3Vまで2時間かけて充電を行い、更に4.3Vで3時間電圧を保持させる定電流・定電圧充電(CCCV充電)を行った。その後、0.2Cにて2.7Vまで定電流放電(CC放電)させる充放電を行い、これらの操作を1サイクルとして1サイクル毎に放電容量を測定した。このサイクルを20サイクル繰り返した。実施例1~2及び比較例1~2で得られた正極活物質試料を用いたリチウム二次電池の充放電特性図を図1~図4にそれぞれ示す。
(2)初回充電容量、初回放電容量(活物質重量当たり)
1サイクル目の4.3Vまでの充電容量及び2.7Vまでの放電容量を初回充電容量、初回放電容量とした。
(3)20サイクル目放電容量(活物質重量当たり)
20サイクル目の2.7Vまでの放電容量を20サイクル目放電容量とした。
(4)容量維持率
サイクル特性評価における1サイクル目と20サイクル目のそれぞれの3.5Vまでの放電容量(活物質重量当たり)から、下記式により容量維持率を算出した。
容量維持率(%)=(20サイクル目の3.5Vまでの放電容量/1サイクル目の3.5Vまでの放電容量)×100
(5)エネルギー密度維持率
サイクル特性評価における1サイクル目と20サイクル目のそれぞれの3.5Vまでの放電時のWh容量(活物質重量当たり)から、下記式によりエネルギー密度維持率を算出した。
エネルギー密度維持率(%)=(20サイクル目の3.5Vまでの放電Wh容量/1サイクル目の3.5Vまでの放電Wh容量)×100
<Battery performance evaluation 1>
The produced coin-type lithium secondary battery was operated at room temperature under the following test conditions, and the following battery performance was evaluated.
(1) Test Conditions for Cycle Performance Evaluation First, the battery was charged to 4.3 V at 0.5 C over 2 hours, and then constant current/constant voltage charging (CCCV charging) was performed, in which the voltage was maintained at 4.3 V for 3 hours. Subsequently, the battery was charged and discharged at a constant current (CC discharge) at 0.2 C to 2.7 V. This cycle constituted one cycle, and the discharge capacity was measured for each cycle. This cycle was repeated 20 times. Charge and discharge characteristics of lithium secondary batteries using the positive electrode active material samples obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Figures 1 to 4, respectively.
(2) Initial charge capacity, initial discharge capacity (per weight of active material)
The charge capacity up to 4.3 V and the discharge capacity up to 2.7 V in the first cycle were defined as the initial charge capacity and the initial discharge capacity.
(3) Discharge capacity at 20th cycle (per weight of active material)
The discharge capacity up to 2.7 V at the 20th cycle was defined as the discharge capacity at the 20th cycle.
(4) Capacity Retention Rate The capacity retention rate was calculated from the discharge capacity (per weight of active material) up to 3.5 V in the first and 20th cycles in the cycle characteristic evaluation using the following formula.
Capacity retention rate (%) = (discharge capacity up to 3.5 V at 20th cycle/discharge capacity up to 3.5 V at 1st cycle) × 100
(5) Energy Density Retention Rate The energy density retention rate was calculated from the Wh capacity (per active material weight) during discharge to 3.5 V in the first and 20th cycles in the cycle characteristic evaluation, using the following formula.
Energy density maintenance rate (%) = (discharge Wh capacity up to 3.5 V in the 20th cycle/discharge Wh capacity up to 3.5 V in the 1st cycle) × 100
<リチウム二次電池の作製2>
実施例1~2で得られた改質LNMC試料及び改質前のLNMC試料を用いて、家庭用ミキサーで十分に混合して表4に示す組成の混合物を調製し、正極活物質試料とした。また、上記LNMC試料と同様にして正極活物質試料の加圧密度を測定し、その結果を表4に示す。
<Preparation of Lithium Secondary Battery 2>
The modified LNMC samples obtained in Examples 1 and 2 and the LNMC sample before modification were thoroughly mixed in a household mixer to prepare mixtures having the compositions shown in Table 4, which were used as positive electrode active material samples. The pressed densities of the positive electrode active material samples were measured in the same manner as for the LNMC samples, and the results are shown in Table 4.
正極活物質試料95質量%、黒鉛粉末2.5質量%、ポリフッ化ビニリデン2.5質量%を混合して正極剤とし、これをN-メチル-2-ピロリジノンに分散させて混練ペーストを調製した。該混練ペーストをアルミ箔に塗布したのち乾燥、プレスして直径15mmの円盤に打ち抜いて正極板を得た。 95% by mass of the positive electrode active material sample, 2.5% by mass of graphite powder, and 2.5% by mass of polyvinylidene fluoride were mixed to form a positive electrode agent, which was then dispersed in N-methyl-2-pyrrolidinone to prepare a kneaded paste. The kneaded paste was applied to aluminum foil, dried, pressed, and punched into a 15 mm diameter disk to obtain a positive electrode plate.
この正極板を用いて、セパレータ、負極、正極、集電板、取り付け金具、外部端子、電解液等の各部材を使用してコイン型リチウム二次電池を製作した。このうち、負極は金属リチウム箔を用い、電解液にはエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートの1:1混合液1リットルにLiPF61モルを溶解したものを使用した。
次いで、得られたリチウム二次電池の性能評価を行った。その結果を、表5に併記した。
A coin-type lithium secondary battery was fabricated using this positive electrode plate, a separator, a negative electrode, a positive electrode, a current collector, mounting hardware, external terminals, an electrolyte, etc. Metallic lithium foil was used for the negative electrode, and 1 mol of LiPF6 dissolved in 1 liter of a 1:1 mixture of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate was used as the electrolyte.
The performance of the resulting lithium secondary battery was then evaluated, and the results are shown in Table 5.
<電池の性能評価2>
作製したコイン型リチウム二次電池を、室温で下記試験条件で作動させ、サイクル特性評価、 初回充電容量、初回放電容量(活物質重量当たり)、20サイクル目の充電容量、20サイクル目の放電容量(活物質重量当たり)、容量維持率、エネルギー密度維持率を、前記電池の性能評価1と同様な方法で評価した。また、更に体積当たりの放電容量も評価し、その結果を表5に示す。なお、実施例1、実施例2の改質LNMC試料を正極活物質試料とし、同様な方法で評価を行った。その結果を、表5に示す。
(6)体積当たりの放電容量
体積当たりの放電容量は、初期放電容量と、電極密度により下記計算式から求めた。
体積当たりの放電容量(mAh/cm3)=1サイクル目の放電容量(mAh/g)×電極密度(g/cm3)×0.95(塗布剤中の活物質量の割合)
なお、電極密度は、測定対象試料から作製した電極の質量と厚みを測定し、ここから、集電体の厚みと質量を差し引いて、正極材の密度として算出した。
なお、正極材は、正極活物質試料95質量%、黒鉛粉末2.5質量%、ポリフッ化ビニリデン2.5質量%の混合物であり、電極作製時のプレス圧は線圧で0.38ton/cmとした。
<Battery performance evaluation 2>
The prepared coin-type lithium secondary batteries were operated at room temperature under the following test conditions, and the cycle characteristics were evaluated, including the initial charge capacity, initial discharge capacity (per weight of active material), charge capacity at the 20th cycle, discharge capacity (per weight of active material) at the 20th cycle, capacity retention rate, and energy density retention rate, in the same manner as in Battery Performance Evaluation 1. Furthermore, the discharge capacity per volume was also evaluated, and the results are shown in Table 5. The modified LNMC samples of Examples 1 and 2 were used as positive electrode active material samples, and evaluations were carried out in the same manner. The results are shown in Table 5.
(6) Discharge Capacity per Volume The discharge capacity per volume was calculated from the initial discharge capacity and the electrode density using the following formula.
Discharge capacity per volume (mAh/cm 3 )=Discharge capacity at first cycle (mAh/g)×Electrode density (g/cm 3 )×0.95 (proportion of active material amount in coating agent)
The electrode density was calculated by measuring the mass and thickness of the electrode prepared from the sample to be measured, and subtracting the thickness and mass of the current collector from this to obtain the density of the positive electrode material.
The positive electrode material was a mixture of 95 mass % of the positive electrode active material sample, 2.5 mass % of graphite powder, and 2.5 mass % of polyvinylidene fluoride, and the pressing pressure during electrode preparation was 0.38 ton/cm in linear pressure.
Claims (10)
LixNiyMnzCotMpO1+x (1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Cu、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Si、Zn、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Na及びKから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。xは0.98≦x≦1.20、yは0.60≦y<1.00、zは0<z≦0.50、tは0<t≦0.50、pは0≦p≦0.05を示し、y+z+t+p=1である。)
で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子からなり、該リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子は、凝集粒子であり、該Tiを含む酸化物がTiO 2 であり、該Mgを含む酸化物がMgOであることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。 The particle has a Ti-containing oxide and a Mg-containing oxide attached to at least a part of its surface, and the particle has a structure represented by the following general formula (1):
Li x Ni y Mn z Co t M p O 1+x (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from Mg, Al, Ti, Zr, Cu, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Si, Zn, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Na, and K. x represents 0.98≦x≦1.20, y represents 0.60≦y<1.00, z represents 0<z≦0.50, t represents 0<t≦0.50, p represents 0≦p≦0.05, and y+z+t+p=1.)
a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide particle represented by the formula (I) above, wherein the lithium-nickel-manganese -cobalt composite oxide particle is an agglomerated particle, the Ti-containing oxide is TiO2, and the Mg-containing oxide is MgO .
LixNiyMnzCotMpO1+x (1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ti、Zr、Cu、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Si、Zn、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Na及びKから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。xは0.98≦x≦1.20、yは0.60≦y<1.00、zは0<z≦0.50、tは0<t≦0.50、pは0≦p≦0.05を示し、y+z+t+p=1である。)
で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子と、Tiを含む酸化物と、Mgを含む酸化物と、を乾式で混合処理して、該リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子の粒子表面に、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物を付着させて、Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物付着複合酸化物粒子を得た後、該Tiを含む酸化物及びMgを含む酸化物付着複合酸化物粒子を400℃以上750℃未満の温度で加熱処理するリチウム二次電池用正極活物質の製造方法であり、前記一般式(1)で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粒子が、リチウム源、ニッケル源、マンガン源、コバルト源及び必要に応じて添加するM源を混合して原料混合物を調製する原料混合工程と、次いで、得られる原料混合物を700~950℃で焼成する焼成工程を行い得られる凝集粒子であり、該Tiを含む酸化物がTiO 2 であり、該Mgを含む酸化物がMgOであることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。 The following general formula (1):
Li x Ni y Mn z Co t M p O 1+x (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from Mg, Al, Ti, Zr, Cu, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Si, Zn, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Na, and K. x represents 0.98≦x≦1.20, y represents 0.60≦y<1.00, z represents 0<z≦0.50, t represents 0<t≦0.50, p represents 0≦p≦0.05, and y+z+t+p=1.)
and a Ti-containing oxide and an Mg-containing oxide are attached to the surface of the lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles to obtain Ti- and Mg-containing oxide-attached composite oxide particles, and then the Ti- and Mg-containing oxide-attached composite oxide particles are heat-treated at a temperature of 400°C or higher and lower than 750°C. The lithium nickel manganese cobalt composite oxide particles represented by general formula (1) are agglomerated particles obtained by a raw material mixing step of mixing a lithium source, a nickel source, a manganese source, a cobalt source, and an M source, which is added as needed, to prepare a raw material mixture, and then a firing step of firing the resulting raw material mixture at 700 to 950°C. The Ti-containing oxide is TiO2 , and the Mg-containing oxide is MgO .
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