JP7143610B2 - Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, molding, assembly, and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、成形体、集合体、及び、非水系電解質二次電池の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, a molded body, an assembly, and a method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット自動車を始めとする電気自動車用の電池として出力特性と充放電サイクル特性が優れた二次電池の開発が強く望まれている。 In recent years, with the spread of mobile electronic devices such as mobile phones and laptop computers, there is a strong demand for the development of small, lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries with high energy density. In addition, there is a strong demand for the development of secondary batteries with excellent output characteristics and charge/discharge cycle characteristics as batteries for electric vehicles such as hybrid vehicles.
このような要求を満たす二次電池として、非水系電解質二次電池用正極活物質があり、代表的な二次電池としてリチウムイオン二次電池がある。このリチウムイオン二次電池は、負極および正極と電解液等で構成され、負極および正極の活物質は、リチウムを脱離および挿入することの可能な材料が用いられている。 As a secondary battery that satisfies such requirements, there is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a typical secondary battery is a lithium ion secondary battery. This lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and the active material of the negative electrode and the positive electrode is a material capable of desorbing and intercalating lithium.
このようなリチウムイオン二次電池は、現在研究、開発が盛んに行われているところであるが、中でも、層状またはスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、４Ｖ級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。 Such lithium ion secondary batteries are currently being actively researched and developed. Since a voltage as high as 4 V can be obtained, it is being put to practical use as a battery with high energy density.
これまで主に提案されている材料としては、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ２）や、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４）などを挙げることができる。 Materials mainly proposed so far include lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 ), lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (LiNi 1/ 3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium-manganese composite oxide using manganese (LiMn 2 O 4 ), and the like.
これらの中でも、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉＯ２）は、コバルトよりも安価なニッケルが用いられ、かつ、二次電池の正極に用いられた場合、より高い放電容量を有するといった観点から注目されている。 Among these, lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 ) has attracted attention from the viewpoint that nickel, which is cheaper than cobalt, is used and that it has a higher discharge capacity when used in the positive electrode of a secondary battery. there is
リチウムニッケル複合酸化物は、ニッケル化合物、リチウム化合物などの原料を混合して原料混合物を形成した後、原料混合物を焼成することで得ることができる。原料混合物の焼成は、通常、７００℃以上９００℃以下程度の温度で、１０時間以上で行われ、焼成工程の間に、リチウム化合物が前駆体と反応して、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物が得られる。 A lithium-nickel composite oxide can be obtained by mixing raw materials such as a nickel compound and a lithium compound to form a raw material mixture, and then firing the raw material mixture. The firing of the raw material mixture is usually performed at a temperature of about 700° C. or higher and 900° C. or lower for 10 hours or longer, and during the firing process, the lithium compound reacts with the precursor to produce a lithium-nickel composite having high crystallinity. An oxide is obtained.
近年のリチウムイオン二次電池の需要のさらなる増加に伴い、リチウム混合物の製造工程においても、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物を、低コスト、かつ、生産性よく製造することが要求されている。 With the further increase in demand for lithium-ion secondary batteries in recent years, it is required to manufacture lithium-nickel composite oxides with high crystallinity at low cost and with high productivity in the process of manufacturing lithium mixtures. there is
原料混合物の焼成は、一般的に、原料混合物からなる粉末を、匣鉢等の容器に入れて、焼成炉で焼成される。しかしながら、容器に粉末を入れて焼成した場合、熱伝導が悪く、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物を製造するためには、長時間の焼成時間が必要となる。また、焼成効率を上げるため、焼成炉内の雰囲気ガスの流量を大きくした場合、容器から粉末が舞い上がり、排気ダクトに吸収されて収率が低下することがある。 Firing of the raw material mixture is generally carried out by placing the powder of the raw material mixture in a container such as a sagger and firing it in a firing furnace. However, when the powder is placed in a container and fired, heat conduction is poor, and a long firing time is required to produce a lithium-nickel composite oxide having high crystallinity. In addition, when the flow rate of the atmosphere gas in the firing furnace is increased in order to increase the firing efficiency, the powder may be blown up from the container and absorbed by the exhaust duct, resulting in a decrease in yield.
一方、リチウム化合物を含む原料混合物を造粒して成形体を形成した後、焼成してリチウムニッケル複合酸化物を得る方法がいくつか開示されている。例えば、下記の特許文献１には、少なくともニッケル塩とリチウム塩とを所定量混合して原料混合物とし、該原料混合物を焼成してＬｉＮｉＯ２を合成するに際して、前記原料混合物を造粒し得られた造粒物を焼成することを特徴とするＬｉＮｉＯ２系層状複合酸化物の製造方法が記載されている。特許文献１によれば、上記製造方法により、所望の結晶構造を有する合成物を、作業面を含めて生産性よく製造できるとしている。 On the other hand, several methods of obtaining a lithium-nickel composite oxide by granulating a raw material mixture containing a lithium compound to form a compact and then firing the compact have been disclosed. For example, in Patent Document 1 below, a raw material mixture is prepared by mixing predetermined amounts of at least a nickel salt and a lithium salt, and the raw material mixture is granulated when synthesizing LiNiO 2 by calcining the raw material mixture. A method for producing a LiNiO 2 -based layered composite oxide is described, which is characterized by sintering the granulated material. According to Patent Document 1, it is possible to produce a compound having a desired crystal structure with high productivity including the working surface by the above production method.
下記の特許文献２には、リチウム原料を含む原料混合物を造粒形成等の工程を経て成形体とした後、酸化性雰囲気下で７００℃～１０００℃の温度で２～１５時間保持してリチウム複合酸化物を合成することが記載されている。また、特許文献２の実施例には、Ｎｉ主成分原料粉末とＬｉ原料とを混合し、金型プレスにより２ｔ／ｃｍ２の圧力で形成してペレットにし、このペレットを８００℃で１０時間、純酸素雰囲気で焼成したことが記載されている。
In
下記の特許文献３の実施例には、原料を混合した混合粉末を直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの成形体にプレス圧５００Ｋｇ／ｃｍ２でプレス成形し、厚さ１ｍｍのアルミナスペーサーの破片をプレス成形体の適当な所に挟み込み、７４０℃で１０時間、８２０℃で２０時間保持して焼成することが記載されている。 In the example of Patent Document 3 below, a mixed powder obtained by mixing raw materials is press-molded into a compact having a diameter of 50 mm and a thickness of 5 mm at a press pressure of 500 Kg/cm 2 , and a fragment of an alumina spacer having a thickness of 1 mm is press-molded. It is described that it is sandwiched between appropriate parts of the body, held at 740° C. for 10 hours and 820° C. for 20 hours, and fired.
下記の特許文献４には、リチウム化合物を含む原料をスラリー化して、噴霧又は凍結乾燥して得た乾燥品をプレス成形後焼成することが記載されている。特許文献４によれば、プレス成形は、分子間移動距離が短くなり、焼成時の結晶成長を促進するという点で極めて有用であるとしている。また、特許文献４の実施例には、乾燥ゲルを静的圧縮機を用いて２ｔ／ｃｍ２圧で形成しφ１４ｍｍ、厚み２ｍｍのペレット状とし、アルミナ製ボートに入れ、管状炉にて酸素雰囲気中で７５０℃で４８時間焼成したことが記載されている。 Patent Document 4 below describes slurring a raw material containing a lithium compound, spraying or freeze-drying the dried product, and then sintering the dried product after press molding. According to Patent Document 4, press molding is extremely useful in terms of shortening the intermolecular migration distance and promoting crystal growth during firing. In addition, in the example of Patent Document 4, a dry gel is formed using a static compressor at 2 t/cm 2 pressure to form pellets of φ 14 mm and a thickness of 2 mm, placed in an alumina boat, and placed in a tubular furnace in an oxygen atmosphere. It is described that it was calcined at 750° C. for 48 hours.
しかしながら、上記特許文献１では、具体的には、造粒物の大きさとして、約０．５ｍｍの造粒物をアルミナ容器に入れて７００℃まで昇温して、２４時間保持して焼成することが開示されているのみであり、容器に造粒物を詰めて焼成するため、熱伝導が悪く、例えば、焼成効率を上げるため、焼成炉内の雰囲気ガス流量を大きくした場合、粒径が１ｍｍ以下の造粒物では、上述した粉末の場合と同様に、容器から舞い上がり、収率が低下する。また、上記特許文献２～４では、より大きな成形体を形成して焼成を行っているが、実施例として具体的に開示される焼成条件は、１０時間以上の焼成を必要としている。
However, in Patent Document 1, specifically, granules having a size of about 0.5 mm are placed in an alumina container, heated to 700° C., held for 24 hours, and fired. However, since the granules are packed in a container and fired, heat conduction is poor. Granules with a size of 1 mm or less float up from the container and the yield decreases, as in the case of the powder described above. Further, in
本発明は、上述の問題に鑑みて、より生産性高く、高い結晶性を有する正極活物質の簡便な製造方法、及び、その製造方法に好適に用いることができる成形体及び成形体の集合物を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a simple method for producing a positive electrode active material having high productivity and high crystallinity, and a molded body and an assembly of molded bodies that can be suitably used in the manufacturing method. intended to provide
本発明の第１の態様では、リチウム（Ｌｉ）とニッケル（Ｎｉ）とコバルト（Ｃｏ）と任意に他の金属（Ｍ）とを含み、各金属元素のモル比が、Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍ＝ｓ：（１－ｘ－ｙ）：ｘ：ｙ（ただし、０．９５≦ｓ≦１．３０、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、かつ、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。）で表されるリチウムニッケル複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法であって、ニッケル複合水酸化物、及び、ニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、リチウム化合物と、を含むリチウム混合物を得ることと、リチウム混合物を成形して、厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ３以上の成形体を得ることと、成形体を、酸化性雰囲気下、７３０℃以上９３０℃以下、１０時間未満で焼成して、リチウムニッケル複合酸化物を得ることと、を備える、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。 A first aspect of the present invention comprises lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co) and optionally other metals (M), wherein the molar ratio of each metal element is Li:Ni:Co: M = s: (1-xy): x: y (where 0.95 ≤ s ≤ 1.30, 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0.40, and 0.55 ≤ (1-xy) ≤ 1.0, and M is at least one element selected from Mn, V, Mo, Nb, Ti, Zr, W and Al.) Lithium nickel represented by A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a composite oxide, comprising obtaining a lithium mixture containing at least one of a nickel composite hydroxide and a nickel composite oxide, and a lithium compound. and molding the lithium mixture to obtain a molded body having a thickness of 1 mm or more and 30 mm or less, a major diameter of 1 mm or more and less than 30 mm, and a density of 1.6 g/cm 3 or more; A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is provided, comprising: sintering at 930° C. or less for less than 10 hours to obtain a lithium-nickel composite oxide.
また、複数の成形体からなる集合体を焼成炉内に配置した後、焼成することを備え、
集合体を焼成炉内に配置することは、複数の成形体を集合体内部に雰囲気ガスが通過するように積み重ねることを含むのが好ましい。また、成形体を、焼成炉内の雰囲気ガスを流速０．０５ｍ／ｓ以上で焼成することが好ましい。また、成形体が、ニッケル複合水酸化物、及び、ニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、水酸化リチウムとを含み、バインダーを含まなくてもよい。また、水酸化リチウムが水分率５％以下の無水水酸化リチウムであってもよい。また、成形体が、ニッケル複合水酸化物、及び、ニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、炭酸リチウムと、バインダーとを含んでもよい。また、バインダーが、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、及び、カルボキシメチルセルロースから選択される１種以上であってもよい。また、リチウム混合物を、酸化性雰囲気下、２００℃以上８００℃以下、かつ、焼成温度よりも低い温度で仮焼すること、を備えてもよい。また、焼成して得られたリチウムニッケル複合酸化物を解砕すること、を備えてもよい。
In addition, after placing an aggregate composed of a plurality of molded bodies in a firing furnace, firing is provided,
Preferably, placing the assembly in the kiln comprises stacking a plurality of compacts such that atmospheric gas passes through the interior of the assembly. Moreover, it is preferable to fire the compact at a flow rate of 0.05 m/s or more in the atmosphere gas in the firing furnace. Also, the compact may contain at least one of nickel composite hydroxide and nickel composite oxide, and lithium hydroxide, and may not contain a binder. Also, the lithium hydroxide may be anhydrous lithium hydroxide having a moisture content of 5% or less. Further, the compact may contain at least one of nickel composite hydroxide and nickel composite oxide, lithium carbonate, and a binder. Also, the binder may be one or more selected from polyvinyl alcohol, polyacrylamide, and carboxymethylcellulose. Further, the lithium mixture may be calcined in an oxidizing atmosphere at a temperature of 200° C. or higher and 800° C. or lower and lower than the sintering temperature. Further, the method may include pulverizing the lithium-nickel composite oxide obtained by firing.
また、リチウムニッケル複合酸化物は、Ｘ線回折パターンのリートベルト解析から得られるリチウム主体層のリチウム席占有率が９４％以上であることが好ましい。また、リチウムニッケル複合酸化物を純水に分散させ、上澄み液に溶出したリチウム量が、リチウムニッケル複合酸化物全量に対して０．１５質量％以下であることが好ましい。 Further, the lithium-nickel composite oxide preferably has a lithium site occupancy of 94% or more in the lithium-based layer obtained from Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern. Further, the lithium-nickel composite oxide is dispersed in pure water, and the amount of lithium dissolved in the supernatant is preferably 0.15% by mass or less with respect to the total amount of the lithium-nickel composite oxide.
本発明の第２の態様では、ニッケル（Ｎｉ）と、コバルト（Ｃｏ）と、任意に他の金属（Ｍ）とを含み、各元素のモル比が、Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍ＝（１－ｘ－ｙ）：ｘ：ｙ（ただし、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、かつ、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。）で表されるニッケル複合水酸化物、及び、ニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、水酸化リチウムとを含み、バインダーを含まず、厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ３以上であり、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造に用いられる、成形体が提供される。 A second aspect of the invention comprises nickel (Ni), cobalt (Co), and optionally other metals (M), wherein the molar ratio of each element is Ni:Co:M=(1−x -y): x: y (where 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0.40, and 0.55 ≤ (1-xy) ≤ 1.0, and M is Mn , V, Mo, Nb, Ti, Zr, W and Al.) at least one of a nickel composite hydroxide and a nickel composite oxide, and lithium hydroxide and does not contain a binder, has a thickness of 1 mm or more and 30 mm or less, a major diameter of 1 mm or more and less than 30 mm, a density of 1.6 g / cm 3 or more, and is used for manufacturing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. body is provided.
本発明の第３の態様では、複数の成形体をランダムに積み重ねて形成される集合体であって、成形体は、リチウム化合物と、Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍ＝（１－ｘ－ｙ）：ｘ：ｙ（ただし、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、かつ、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。）で表される、ニッケル複合水酸化物、及び、ニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、を含み、成形体は、厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ３以上であり、非水系電解質二次電池用正極活物質の前駆体に用いられる、集合体が提供される。 A third aspect of the present invention is an assembly formed by randomly stacking a plurality of molded bodies, wherein the molded body comprises a lithium compound and Ni:Co:M=(1-xy):x : y (where 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0.40, and 0.55 ≤ (1-xy) ≤ 1.0, M is Mn, V, Mo, at least one element selected from Nb, Ti, Zr, W and Al.), and at least one of a nickel composite hydroxide and a nickel composite oxide, wherein Provided is an assembly that has a thickness of 1 mm or more and 30 mm or less, a major diameter of 1 mm or more and less than 30 mm, a density of 1.6 g/cm 3 or more, and is used as a precursor of a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
本発明の第４の態様では、正極と負極と非水系電解質とを備える非水系電解質二次電池の製造方法であって、上記の製造方法で得られた非水系電解質二次電池用正極活物質を用いて、正極を製造すること、を備える、非水系電解質二次電池の製造方法が提供される。 In a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the above manufacturing method There is provided a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising manufacturing a positive electrode using
本発明によれば、高い結晶性を有する正極活物質を生産性高く製造する方法、及び、その製造方法に好適に用いることができる成形体及び成形体の集合物、並びに、高い電池特性を有する非水系電解質二次電池の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a method for producing a positive electrode active material having high crystallinity with high productivity, a molded body and an assembly of molded bodies that can be suitably used in the manufacturing method, and high battery characteristics A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下説明する実施形態に限定されるものではない。図面においては、適宜、模式的に表現することや、縮尺を変更して表現することがある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below. In the drawings, they may be represented schematically or may be represented by changing the scale as appropriate.
１．非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
本実施形態は、リチウムニッケル複合酸化物を含む非水系電解質二次電池用正極活物質（以下、「正極活物質」ともいう。）の製造方法である。リチウムニッケル複合酸化物（以下、単に「複合酸化物」ともいう。）は、一般式（１）：ＬｉｓＮｉ１－ｘーｙＣｏｘＭｙＯ２（式中、０．９５≦ｓ≦１．３０、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、かつ、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。
1. Method for Producing Positive Electrode Active Material for Non-Aqueous Electrolyte Secondary Batteries The present embodiment is a method for producing a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries (hereinafter also referred to as "positive electrode active material") containing a lithium-nickel composite oxide. is. Lithium-nickel composite oxide (hereinafter also simply referred to as “composite oxide”) has the general formula (1): Li s Ni 1-x-y Co x My O 2 (where 0.95 ≤ s ≤ 1.30, 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0.40, and 0.55 ≤ (1-xy) ≤ 1.0, and M is Mn, V, Mo, Nb , Ti, Zr, W, and Al.
図１～図５は、本実施形態に係る正極活物質の製造方法の一例を示す図である。図１に示されるように、正極活物質の製造方法は、例えば、ニッケル複合水酸化物と、リチウム化合物と、を含むリチウム混合物を得ること（ステップＳ１０）と、リチウム混合物を成形して、成形体を得ること（ステップＳ２０）と、成形体を焼成して、リチウムニッケル複合酸化物を得ること（ステップＳ３０）と、を備える。以下、各工程について説明する。 1 to 5 are diagrams showing an example of a method for producing a positive electrode active material according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the method for producing a positive electrode active material includes, for example, obtaining a lithium mixture containing a nickel composite hydroxide and a lithium compound (step S10), molding the lithium mixture, and molding obtaining a body (step S20); and firing the molded body to obtain a lithium-nickel composite oxide (step S30). Each step will be described below.
［リチウム混合物を得る工程（ステップＳ１０）］
リチウム混合物は、ニッケル複合水酸化物およびニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、リチウム化合物と、を混合して得られる（ステップＳ１０）。なお、リチウム混合物は、後述するように、粒子同士を決着するバインダーを含んでもよい（図３参照）。リチウム混合物がバインダーを含む場合、得られる成形体の強度を向上できる。なお、本明細書において、リチウム混合物に含まれるニッケル複合水酸化物及び／又はニッケル複合酸化物を、まとめて「前駆体」ともいう。
[Step of obtaining a lithium mixture (step S10)]
A lithium mixture is obtained by mixing at least one of nickel composite hydroxide and nickel composite oxide with a lithium compound (step S10). The lithium mixture may contain a binder that binds the particles together, as described later (see FIG. 3). When the lithium mixture contains a binder, the strength of the resulting compact can be improved. In this specification, the nickel composite hydroxide and/or nickel composite oxide contained in the lithium mixture are also collectively referred to as "precursor".
（ニッケル複合水酸化物）
本実施形態で用いられるニッケル複合水酸化物は、特に限定されず、公知のニッケル複合水酸化物を用いることができ、例えば、晶析法によって得られたニッケル複合水酸化物（前駆体）を用いることができる。晶析法によって得られるニッケル複合水酸化物は、粒子全体で組成が均一となる。晶析法によって得られたニッケル複合水酸化物とリチウム化合物とを含む成形体は、非常に短時間の焼成で、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物を製造することができる。
(Nickel composite hydroxide)
The nickel composite hydroxide used in the present embodiment is not particularly limited, and a known nickel composite hydroxide can be used. For example, a nickel composite hydroxide (precursor) obtained by a crystallization method can be used. can be used. The nickel composite hydroxide obtained by the crystallization method has a uniform composition throughout the particles. A molded article containing a nickel composite hydroxide and a lithium compound obtained by a crystallization method can be sintered for a very short time to produce a lithium-nickel composite oxide having high crystallinity.
ニッケル複合水酸化物は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及び、任意に金属Ｍを含む水溶液を攪拌しながら、アンモニウムイオン供給体などの錯化剤の存在下、アルカリ水溶液を用いて中和する、晶析反応を行うことで製造することができる。なお、Ｎｉ、Ｃｏ及び金属元素Ｍのそれぞれの、上記水溶液を調整する際に用いる金属塩としては、例えば、硫酸塩、硝酸塩、塩化物を用いることができる。 Nickel composite hydroxide can be prepared, for example, by using an alkaline aqueous solution in the presence of a complexing agent such as an ammonium ion donor while stirring an aqueous solution containing nickel (Ni), cobalt (Co), and optionally a metal M. It can be produced by performing a crystallization reaction, which is neutralized with As the metal salts of Ni, Co, and the metal element M used in preparing the aqueous solutions, for example, sulfates, nitrates, and chlorides can be used.
晶析法により得られたニッケル複合水酸化物は、一次粒子が凝集した二次粒子で構成され、このニッケル複合水酸化物粒子を前駆体として用いて得られる正極活物質も一次粒子が凝集した二次粒子で構成されたものとなる。なお、ニッケル複合水酸化物は、二次粒子以外に、単独の一次粒子を少量含んでもよい。 The nickel composite hydroxide obtained by the crystallization method is composed of secondary particles in which primary particles are agglomerated, and the positive electrode active material obtained by using the nickel composite hydroxide particles as a precursor also has agglomerated primary particles. It is composed of secondary particles. In addition, the nickel composite hydroxide may contain a small amount of independent primary particles in addition to the secondary particles.
また、ニッケル複合水酸化物が金属元素Ｍを含む場合、例えば、晶析反応において、Ｎｉ及びＣｏと共に金属元素Ｍを晶析させ、ニッケル複合水酸化物中に均一に分散させてもよいし、また、例えば、ニッケル複合水酸化物を晶析により形成した後、金属元素Ｍを含む化合物を、得られたニッケル複合酸化物粒子の表面に被覆したり、リチウム化合物の添加と同時に添加して混合したりしてもよい。 Further, when the nickel composite hydroxide contains the metal element M, for example, in the crystallization reaction, the metal element M may be crystallized together with Ni and Co and dispersed uniformly in the nickel composite hydroxide, Further, for example, after forming a nickel composite hydroxide by crystallization, a compound containing the metal element M is coated on the surface of the obtained nickel composite oxide particles, or added and mixed at the same time as the lithium compound is added. You may
ニッケル複合水酸化物は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と、コバルト（Ｃｏ）と、任意に他の金属（Ｍ）とを含むことができ、各元素のモル比が、Ｎｉ：Ｃｏ：Ｗ＝１－ｘ－ｙ：ｘ：ｙ（ただし、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、かつ、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。）で表されてもよい。また、ニッケル複合水酸化物は、上記以外の他の金属元素を少量含んでもよい。 Nickel composite hydroxides can include, for example, nickel (Ni), cobalt (Co), and optionally other metals (M), where the molar ratio of each element is Ni:Co:W=1 -xy:x:y (where 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0.40, and 0.55 ≤ (1-xy) ≤ 1.0, and M is is at least one element selected from Mn, V, Mo, Nb, Ti, Zr, W and Al.). Also, the nickel composite hydroxide may contain a small amount of metal elements other than the above.
ニッケル複合水酸化物は、例えば、一般式（２）：Ｎｉ１－ｘーｙＣｏｘＭｙ（ＯＨ）２＋β（式（２）中、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、かつ、－０．２≦β≦０．２であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。）で表されてもよい。 Nickel composite hydroxide, for example, general formula (2): Ni 1-x-y Co x My (OH) 2 + β (in formula (2), 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0. 40, 0.55≦(1−x−y)≦1.0 and −0.2≦β≦0.2, and M is Mn, V, Mo, Nb, Ti, Zr, is at least one element selected from W and Al.).
ニッケル複合水酸化物に含まれる各金属元素の比率は、成形体、及び、リチウムニッケル複合酸化物まで継承される。よって、ニッケル複合水酸化物全体の組成は、得ようとするリチウムニッケル複合酸化物のリチウム以外の金属の組成と同様とすることができる。 The ratio of each metal element contained in the nickel composite hydroxide is inherited to the compact and the lithium-nickel composite oxide. Therefore, the composition of the nickel composite hydroxide as a whole can be the same as the composition of the metals other than lithium in the lithium-nickel composite oxide to be obtained.
なお、晶析方法としては、特に限定されず、例えば、連続晶析法、バッチ法などを用いることができる。連続晶析法は、例えば、反応容器からオーバーフローしたニッケル複合水酸化物を連続的に回収する方法であり、組成が等しいニッケル複合水酸化物を大量にかつ簡便に作製できる。また、連続晶析法で得られたニッケル複合酸化物は、広い粒度分布を有するため、これを用いて得られる成形体の充填密度を向上させることができる。 The crystallization method is not particularly limited, and for example, a continuous crystallization method, a batch method, or the like can be used. The continuous crystallization method is, for example, a method of continuously recovering nickel composite hydroxide that overflows from a reaction vessel, and can easily produce a large amount of nickel composite hydroxide having the same composition. In addition, since the nickel composite oxide obtained by the continuous crystallization method has a wide particle size distribution, it is possible to improve the packing density of the compact obtained by using it.
バッチ法は、より均一な粒径を有し、粒度分布の狭いニッケル複合水酸物を得ることができる。バッチ法で得られたニッケル複合水酸化物を用いて得られる成形体は、焼成の際、より均一にリチウム化合物と反応することができる。また、バッチ法で得られたニッケル複合水酸化物は、二次電池に用いられた際にサイクル特性や出力特性を低下させる原因の一つとなる微粉の混入を減少させることができる。なお、ニッケル複合水酸物の平均粒径（Ｄ５０）は、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下である。 The batch method can obtain a nickel composite hydroxide having a more uniform particle size and a narrow particle size distribution. A molded body obtained using a nickel composite hydroxide obtained by a batch method can more uniformly react with a lithium compound during firing. In addition, the nickel composite hydroxide obtained by the batch method can reduce contamination of fine powder, which is one of the causes of deterioration of cycle characteristics and output characteristics when used in secondary batteries. In addition, the average particle size (D50) of the nickel composite hydroxide is, for example, 5 μm or more and 30 μm or less.
（ニッケル複合酸化物）
本実施形態で用いられるニッケル複合酸化物は、特に限定されず、公知のニッケル複合酸化物を用いることができる。図２は、ニッケル複合酸化物を用いた場合の製造方法の一例を示す図である。ニッケル複合酸化物は、図２に示すように、上記のニッケル複合水酸化物を酸化焙焼（熱処理）（ステップＳ１）することにより得てもよい。なお、ニッケル複合酸化物に含まれる金属元素の種類及び各金属元素のモル比は、それぞれ、上記したニッケル複合水酸化物と同様である。
(Nickel composite oxide)
The nickel composite oxide used in this embodiment is not particularly limited, and known nickel composite oxides can be used. FIG. 2 is a diagram showing an example of a manufacturing method using a nickel composite oxide. As shown in FIG. 2, the nickel composite oxide may be obtained by subjecting the nickel composite hydroxide to oxidative roasting (heat treatment) (step S1). The types of metal elements contained in the nickel composite oxide and the molar ratio of each metal element are the same as those of the nickel composite hydroxide described above.
酸化焙焼（ステップＳ１）は、例えば、３５０℃以上８００℃以下、２時間以上８時間以下で行うことが好ましく、６００℃以上８００℃以下、６時間以上８時間以下で行ってもよい。酸化焙焼の温度が３５０℃未満の場合、得られる前駆体（主にニッケル複合酸化物）に多くの水分が残留する場合がある。一方、酸化焙焼の温度が８００℃超の場合、前駆体中の水分は除去されるが、コスト、処理時間等の観点から、工業的に適当でないだけでなく、ニッケル複合酸化物自身の結晶成長が進み、リチウム化合物との反応性が低下してしまうことがある。 The oxidative roasting (step S1) is preferably carried out, for example, at 350° C. to 800° C. for 2 hours to 8 hours, and may be performed at 600° C. to 800° C. for 6 hours to 8 hours. If the oxidative roasting temperature is less than 350°C, a large amount of water may remain in the resulting precursor (mainly nickel composite oxide). On the other hand, if the oxidizing roasting temperature exceeds 800° C., the moisture in the precursor is removed, but it is not industrially suitable from the viewpoint of cost, processing time, etc., and the nickel composite oxide itself crystallizes. As the growth progresses, the reactivity with the lithium compound may decrease.
ニッケル複合酸化物と、リチウム化合物とを混合（ステップＳ１０）して、成形（ステップＳ２０）した後、焼成（ステップＳ３０）した場合、より短時間の焼成（例えば、１時間以上１０時間未満）で結晶子径が十分に大きく、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物を得ることができる。なお、本実施形態の製造方法では、酸化焙焼を行わなくても、後述するように、成形体の組成、焼成炉内の雰囲気ガス流量や成形体の配置等を適宜調整することにより、１０時間未満の焼成で、リチウムニッケル複合酸化物を得ることができる。 When the nickel composite oxide and the lithium compound are mixed (step S10), molded (step S20), and then fired (step S30), firing for a shorter time (for example, 1 hour or more and less than 10 hours) A lithium-nickel composite oxide having a sufficiently large crystallite size and high crystallinity can be obtained. In addition, in the production method of the present embodiment, even if oxidizing roasting is not performed, as described later, by appropriately adjusting the composition of the molded body, the flow rate of the atmosphere gas in the firing furnace, the arrangement of the molded body, etc., 10 A lithium-nickel composite oxide can be obtained by firing in less than an hour.
（リチウム化合物）
リチウム化合物としては、特に限定されず、公知のリチウム化合物を用いることができ、例えば、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、又はこれらの混合物が用いることができる。これらの中でも、好ましくは水酸化リチウム、炭酸リチウムが用いられる。
(lithium compound)
The lithium compound is not particularly limited, and a known lithium compound can be used. For example, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium acetate, or a mixture thereof can be used. Among these, lithium hydroxide and lithium carbonate are preferably used.
リチウム化合物として水酸化リチウムを用いた場合、後述するように、バインダーを用いなくても、十分な強度を有する成形体を得ることができ、正極活物質への不純物の混入をより抑制することができる（図４参照）。また、水酸化リチウムは反応性が高いため、これを用いて得られた成形体は、より早期に焼結し（より短時間で焼結でき）、焼成時間をより短くすることができる。 When lithium hydroxide is used as the lithium compound, as will be described later, a compact having sufficient strength can be obtained without using a binder, and contamination of the positive electrode active material with impurities can be further suppressed. (See Figure 4). In addition, since lithium hydroxide has high reactivity, the molded body obtained by using it can be sintered earlier (sintered in a shorter time), and the firing time can be shortened.
また、水酸化リチウムは、水酸化リチウム一水和物（ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ）などの水酸化リチウム水和物であってよく、無水水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）であってもよい。無水水酸化リチウムは、例えば、水酸化リチウム水和物を熱処理して得ることができる。無水水酸化リチウムを用いた場合、焼成工程における水分の発生をより抑制することができ、よりリチウムニッケル複合酸化物の合成反応が促進されるだけでなく、成形体中の金属成分が水分の減少分だけ増加することによる生産性の増加も見込まれる。無水水酸化リチウムとしては、水分率５％以下の水酸化リチウムを用いるのが好ましい。 Lithium hydroxide may be lithium hydroxide hydrate such as lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O), or may be anhydrous lithium hydroxide (LiOH). Anhydrous lithium hydroxide can be obtained, for example, by heat-treating lithium hydroxide hydrate. When anhydrous lithium hydroxide is used, it is possible to further suppress the generation of moisture in the firing process, which not only promotes the synthesis reaction of the lithium-nickel composite oxide, but also reduces the moisture content of the metal components in the compact. An increase in productivity is also expected due to an increase of 10%. As the anhydrous lithium hydroxide, it is preferable to use lithium hydroxide having a moisture content of 5% or less.
リチウム化合物として炭酸リチウムを用いた場合、炭酸リチウムは水酸化リチウムよりも安価であるため、コストの観点からより優れる。なお、リチウムニッケル複合酸化物の高結晶化に必要な温度は７６０℃程度以上とされており、炭酸リチウム（融点：７２３℃）の溶融温度と近い。このため、リチウム化合物として炭酸リチウムを用いた場合、リチウムニッケル複合酸化物の高結晶化は、水酸化リチウム（融点：４６２℃）を用いた場合と比較して難しい。さらに、リチウムニッケル複合酸化物の高結晶化の困難性は、前駆体（ニッケル複合水酸化物／ニッケル複合酸化物）中に含まれるＮｉ比率が高くなるほどより顕著になる。しかしながら、本実施形態の製造方法においては、成形体を、後述するような適切な条件で焼成することにより、従来の製造方法よりもリチウム化合物の反応性を高めることができるため、リチウム化合物として炭酸リチウムを用いた場合においても、短時間の焼成で、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物を製造することができる。 When lithium carbonate is used as the lithium compound, lithium carbonate is cheaper than lithium hydroxide, so it is more advantageous from the viewpoint of cost. The temperature required for high crystallization of the lithium-nickel composite oxide is about 760° C. or higher, which is close to the melting temperature of lithium carbonate (melting point: 723° C.). Therefore, when lithium carbonate is used as the lithium compound, it is more difficult to achieve high crystallization of the lithium-nickel composite oxide than when lithium hydroxide (melting point: 462° C.) is used. Furthermore, the difficulty in achieving high crystallization of the lithium-nickel composite oxide becomes more pronounced as the Ni ratio contained in the precursor (nickel composite hydroxide/nickel composite oxide) increases. However, in the production method of the present embodiment, by firing the compact under appropriate conditions as described later, the reactivity of the lithium compound can be increased more than in the conventional production method. Even when lithium is used, it is possible to produce a lithium-nickel composite oxide having high crystallinity by firing for a short period of time.
（リチウム混合物）
前駆体（ニッケル複合水酸化物／ニッケル複合酸化物）とリチウム化合物とは、前駆体中のニッケル、コバルト及びＭの原子数の和（Ｍｅ）とリチウムの原子数（Ｌｉ）との比（Ｌｉ／Ｍｅ比）が、０．９５以上１．３０以下、好ましくは１．００以上１．１０以下、より好ましくは１．００を超え１．０５以下の範囲となるように混合されて、リチウム混合物となる。Ｌｉ／Ｍｅは、後述する焼成（ステップＳ３０）前後でほぼ変化しないので、リチウム混合物中のＬｉ／Ｍｅ比がリチウムニッケル複合酸化物中でもほぼ維持される。よって、前駆体とリチウム化合物との混合は、得ようとするリチウムニッケル複合酸化物粒子中のＬｉ／Ｍｅ比と同じになるように、混合することができる。Ｌｉ／Ｍｅ比が０．９５未満である場合、一部のニッケル複合酸化物が反応せずに残存して十分な電池性能が得られないことがある。またＬｉ／Ｍｅ比が１．３０超である場合、焼結が促進され、正極活物質の粒径や結晶子径が大きくなり十分な電池性能が得られないことがある。
(lithium mixture)
The precursor (nickel composite hydroxide/nickel composite oxide) and the lithium compound are the ratio (Li /Me ratio) is 0.95 or more and 1.30 or less, preferably 1.00 or more and 1.10 or less, more preferably more than 1.00 and 1.05 or less, and a lithium mixture becomes. Since Li/Me does not substantially change before and after firing (step S30), which will be described later, the Li/Me ratio in the lithium mixture is substantially maintained even in the lithium-nickel composite oxide. Therefore, the precursor and the lithium compound can be mixed so as to have the same Li/Me ratio in the lithium-nickel composite oxide particles to be obtained. If the Li/Me ratio is less than 0.95, a part of the nickel composite oxide may remain unreacted, resulting in insufficient battery performance. When the Li/Me ratio exceeds 1.30, sintering is accelerated, and the particle size and crystallite size of the positive electrode active material become large, and sufficient battery performance may not be obtained.
なお、リチウム混合物は、焼成前に十分に混合しておくことが好ましい。混合が十分でない場合には、個々の粒子間でＬｉ／Ｍｅ比がばらつき、十分な電池特性が得られない等の問題が生じる可能性がある。混合には、一般的な混合機（混合装置）を使用することができ、例えば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Ｖブレンダなどの混合機を用いることができる。また、この混合は、前駆体の形骸が破壊されない程度で、十分に混合されればよい。 In addition, it is preferable that the lithium mixture is sufficiently mixed before firing. If the mixture is not sufficiently mixed, the Li/Me ratio varies among individual particles, which may cause problems such as insufficient battery characteristics. For mixing, a general mixer (mixing device) can be used, and for example, a mixer such as a shaker mixer, Loedige mixer, Julia mixer, V-blender, etc. can be used. Moreover, this mixing should be sufficiently mixed so as not to destroy the skeleton of the precursor.
（バインダー）
リチウム混合物は、バインダーを含んでもよい。バインダーを含む場合、リチウム混合物の成形性が向上し、容易に種々の形状の成形体を形成することができる。図３に示すように、例えば、リチウム化合物として炭酸リチウムを用いる場合、リチウム混合物は、バインダーを含むことが好ましい。なお、図３に示すように、リチウム混合物にバインダーを含有させる場合のニッケル複合酸化物は、図２に示すステップＳ１の酸化焙焼により得られたニッケル複合酸化物でもよい。バインダーを含むリチウム混合物を成形することにより、十分な強度を有する成形体を容易に得ることができる。バインダーとしては、公知のバインダーを用いることができ、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などを用いることができ、これらの中から選択される１種以上であってもよく、これらの中でもカルボキシメチルセルロースを用いることが好ましい。
(binder)
The lithium mixture may contain a binder. When a binder is included, the moldability of the lithium mixture is improved, and molded bodies of various shapes can be easily formed. As shown in FIG. 3, for example, when lithium carbonate is used as the lithium compound, the lithium mixture preferably contains a binder. Incidentally, as shown in FIG. 3, the nickel composite oxide in the case where the lithium mixture contains the binder may be the nickel composite oxide obtained by the oxidation roasting in step S1 shown in FIG. By molding a lithium mixture containing a binder, a molded article having sufficient strength can be easily obtained. As the binder, known binders can be used, for example, polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylamide (PAM), carboxymethyl cellulose (CMC) and the like can be used. Among these, carboxymethyl cellulose is preferably used.
リチウム混合物におけるバインダーの含有量は、リチウム混合物全体（全質量）に対して、例えば、０．０５質量％以上２．０質量％以下、好ましくは０．０８質量％以上１．０質量％以下である。バインダーの含有量が上記範囲である場合、適度な強度を有する成形体を製造することができる。バインダーの含有量が多すぎる場合、成形体を構成するそれぞれの粒子の接着強度が強くなりすぎて、リチウムとニッケル複合酸化物との反応により生じる生成ガスの排出効率が低下したり、バインダーが分解して生じる炭酸ガス量が増加して、成形体内部で生成ガスが排出できずに、成形体の内圧が上昇して、成形体が破砕したりすることがある。 The content of the binder in the lithium mixture is, for example, 0.05% by mass or more and 2.0% by mass or less, preferably 0.08% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to the entire lithium mixture (total mass). be. When the content of the binder is within the above range, a molded article having appropriate strength can be produced. If the binder content is too high, the adhesive strength of the particles that make up the compact becomes too strong, reducing the efficiency of exhausting the gas produced by the reaction between lithium and nickel composite oxide, or decomposing the binder. The amount of carbon dioxide generated as a result of heating increases, and the generated gas cannot be discharged from the interior of the molded body, and the internal pressure of the molded body increases, which may result in crushing of the molded body.
なお、リチウム混合物は、バインダーを含まなくてもよい。図４に示すように、例えば、リチウム化合物として、水酸化リチウムを用いた場合、バインダーを用いずに、前駆体及び水酸化リチウムのみで成形体を形成することができる。特に、リチウム化合物として水分率５％以下の無水水酸化リチウムを用いた場合、リチウム混合物は、バインダーを含なくとも、良好な強度を有する成形体を得ることができる。バインダーを用いない場合、得られるリチウムニッケル複合酸化物中の不純物（例えば、炭素など）の含有量を低減することができる。 Note that the lithium mixture may not contain a binder. As shown in FIG. 4, for example, when lithium hydroxide is used as the lithium compound, a compact can be formed from the precursor and lithium hydroxide alone without using a binder. In particular, when anhydrous lithium hydroxide having a moisture content of 5% or less is used as the lithium compound, the lithium mixture can provide a molded article having good strength even if the lithium mixture does not contain a binder. When no binder is used, the content of impurities (for example, carbon) in the resulting lithium-nickel composite oxide can be reduced.
［仮焼（ステップＳ１５）］
リチウム混合物は、図５に示すように、焼成前に、大気雰囲気下（酸化性雰囲気下）、２００℃以上８００℃以下、かつ、後述する焼成温度よりも低い温度で仮焼してもよい（ステップＳ１５）。例えば、仮焼は、リチウム混合物を成形する前（ステップＳ２０の前）に、実施する。なお、仮焼は、図５に示すようなリチウム混合物がバインダーを含有しない場合に実施してもよいし、図３に示すようなリチウム混合物がバインダーを含有する場合に実施してもよい。例えば、図３に示すようなリチウム混合物がバインダーを含有する場合、リチウム化合物とニッケル複合水酸化物とを混合してリチウム混合物とした後に仮焼し、仮焼の後にバインダーを混合して、そのリチウム混合物を成形（ステップＳ２０）を行うようにしてもよい。すなわち、仮焼は、リチウム混合物がバインダーを含有する場合、リチウム混合物の調整の過程で実施してもよい。仮焼は、２５０℃以上８００℃以下、好ましくは３００℃以上６００℃以下の温度で、１時間以上８時間以下程度、好ましくは２時間以上６時間以下、保持して行うことが好ましい。なお、酸化性雰囲気とは、大気雰囲気又は大気中より高い酸素濃度を有する雰囲気をいい、コストの観点から大気雰囲気が好ましい。
[Temporary Firing (Step S15)]
As shown in FIG. 5, before firing, the lithium mixture may be calcined at a temperature of 200° C. or more and 800° C. or less in an air atmosphere (under an oxidizing atmosphere) and at a temperature lower than the firing temperature described later ( step S15). For example, calcination is performed before molding the lithium mixture (before step S20). The calcination may be performed when the lithium mixture as shown in FIG. 5 does not contain a binder, or may be performed when the lithium mixture as shown in FIG. 3 contains a binder. For example, when the lithium mixture as shown in FIG. 3 contains a binder, the lithium compound and the nickel composite hydroxide are mixed to form a lithium mixture and then calcined. The lithium mixture may be molded (step S20). That is, calcination may be performed during preparation of the lithium mixture when the lithium mixture contains a binder. The calcination is preferably carried out at a temperature of 250° C. to 800° C., preferably 300° C. to 600° C., for about 1 hour to 8 hours, preferably 2 hours to 6 hours. Note that the oxidizing atmosphere refers to an air atmosphere or an atmosphere having an oxygen concentration higher than that of the air, and the air atmosphere is preferable from the viewpoint of cost.
焼成前に仮焼した場合、リチウムの拡散が十分に行われ、より均一なリチウムニッケル複合酸化物を得ることができる。なお、本実施形態の製造方法では、仮焼を行わなくても、後述するように、成形体の組成、焼成炉内の雰囲気ガス流量や成形体の配置等を適宜調整することにより、１０時間未満の焼成で、リチウムニッケル複合酸化物を得ることができる。 When calcined before firing, lithium is sufficiently diffused, and a more uniform lithium-nickel composite oxide can be obtained. In the manufacturing method of the present embodiment, even if calcination is not performed, as will be described later, by appropriately adjusting the composition of the molded body, the flow rate of the atmosphere gas in the firing furnace, the arrangement of the molded body, etc., it can be fired for 10 hours. A lithium-nickel composite oxide can be obtained with less than sintering.
［成形体の成形（ステップＳ２０）］
次いで、リチウム混合物を成形して、成形体を得る（ステップＳ２０）。例えば、リチウム混合物を加圧成形して、成形体を得る。図６（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、成形体２０の一例を示す図である。成形体２０は、厚さｔが厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、厚さ方向に垂直な断面の長径l（図６（Ａ）～（Ｄ）、実施例では「直径（φ）」）が１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ３以上である。成形体２０は、従来のリチウム混合物の粉末１０（図７（Ｂ）参照）と比較して、高い密度を有する。よって、成形体２０を焼成した場合、熱伝達率が増加することにより、非常に短時間の焼成で、リチウムニッケル複合酸化物を得ることができる。
[Molding of compact (step S20)]
Next, the lithium mixture is molded to obtain a molded body (step S20). For example, the lithium mixture is pressure-molded to obtain a compact. 6A to 6D are diagrams showing an example of the molded
また、成形体２０は、バインダーを用いずに成形する場合、ニッケル（Ｎｉ）と、コバルト（Ｃｏ）と、任意に他の金属（Ｍ）とを含み、各元素のモル比が、Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍ＝（１－ｘ－ｙ）：ｘ：ｙ（ただし、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、かつ、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。）で表されるニッケル複合水酸化物、及び、ニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、水酸化リチウムとを含み、バインダーを含まず、厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
In addition, when the molded
また、成形体２０は、バインダーを用いて成形する場合、ニッケル（Ｎｉ）と、コバルト（Ｃｏ）と、任意に他の金属（Ｍ）とを含み、各元素のモル比が、Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍ＝（１－ｘ－ｙ）：ｘ：ｙ（ただし、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、かつ、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。）で表されるニッケル複合水酸化物、及び、ニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、炭酸リチウムとを含み、厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。 When the compact 20 is molded using a binder, it contains nickel (Ni), cobalt (Co), and optionally other metals (M), and the molar ratio of each element is Ni:Co: M = (1-xy): x: y (where 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0.40, and 0.55 ≤ (1-xy) ≤ 1.0 and M is at least one element selected from Mn, V, Mo, Nb, Ti, Zr, W, and Al.) Nickel composite hydroxide and nickel composite oxide It preferably contains at least one and lithium carbonate, has a thickness of 1 mm or more and 30 mm or less, a major axis of 1 mm or more and less than 30 mm, and a density of 1.6 g/cm 3 or more.
（成形体の厚さｔ）
成形体２０の厚さｔは、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、好ましくは５ｍｍ以上３０ｍｍ未満であり、より好ましくは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。成形体２０の厚さｔが上記範囲である場合、高い結晶性を有する正極活物質を容易に、生産性高く製造することができる。なお、本実施形態において、成形体２０の厚さｔは、加圧方向の厚さとする。例えば、成形体２０の厚さｔが一定でない形状の場合は、最も大きな厚さ（厚さの最大値）を、成形体２０の厚さｔとする。
(Thickness t of molded body)
The thickness t of the molded
（成形体の長径）
成形体２０の長径（例、直径φ）は、１ｍｍ以上３０ｍｍ未満であり、好ましくは５ｍｍ以上３０ｍｍ未満であり、より好ましくは１０ｍｍ以上３０ｍｍ未満、である。成形体２０の長径ｌが上記範囲である場合、複数の成形体２０をランダムに積み重ねて焼成する際、固気反応を高い効率で行うことができ、焼成時間を顕著に短縮することができる（図７（Ａ）参照）。
(major diameter of compact)
The major axis (eg, diameter φ) of the molded
なお、成形体２０の長径ｌは、厚さ方向に対して垂直な断面において、断面の外縁に外接する円の直径をいう。また、厚さ方向に対して垂直な断面の形状が一定でない形状の場合は、最も大きな断面の外縁に外接する円の直径を、成形体２０の長径ｌとする。なお、厚さ方向に対して垂直な断面の形状は、特に限定されず、円形、楕円形、矩形、多角形、及び、その他の形状（例、不定形）であってもよい。
The length l of the molded
（成形体のｌ／ｔ比）
また、成形体２０の厚さｔに対する長径ｌの比率（ｌ／ｔ比）は、０．５以上２以下であることが好ましく、０．７５以上２以下であることがより好ましく、１以上１．５以下であってもよい。また、成形体２０の外形の任意の２点間の距離が最大となる長さを最長径とした場合、最長径が１ｍｍ以上であることにより、成形体２０の製造工程における回収率を９０％以上とすることができる。なお、成形体２０のｌ／ｔ比が０．５未満である場合、若しくは、成形体２０のｌ／ｔ比が２を超えると、成形体２０の強度が低下し焼成時に崩壊しやすくなり、焼成中の雰囲気ガス、反応ガスの通気性を悪化させ、Liとの反応を阻害することに加えて、崩壊した部分が通気ガスと共に飛散し収率を悪化させるおそれがある。
(L/t ratio of compact)
In addition, the ratio of the length l to the thickness t of the molded body 20 (l/t ratio) is preferably 0.5 or more and 2 or less, more preferably 0.75 or more and 2 or less, and 1 or more and 1 0.5 or less. In addition, when the longest diameter is the length at which the distance between any two points on the outer shape of the molded
（成形体の形状）
図６（Ａ）～図６（Ｄ）は、本実施形態で用いられる成形体２０の一例を示した図である。成形体２０の形状は、上記大きさ（長径、厚さ）の範囲を満たすものであれば特に限定されない。例えば、成形体２０の形状は、板状、円柱状（円柱型）、角柱状（角型）、粒状等の形状を用いることができる。成形体２０の形状は、角型よりも円柱型の方が好ましく、図６（Ａ）～図６（Ｄ）に示すように、円柱状の形状、又は、概略円柱状の形状が好ましい。中でも、円柱型でも上端下端の角をカットした形状或いは丸みを帯びた形状を有するのが好ましい。角部を有した成形体では、焼成中にその角部が崩壊しやすく、崩壊によりＬｉとの反応阻害、収率を悪化させるおそれがある。
(Shape of compact)
FIGS. 6A to 6D are diagrams showing an example of the molded
（成形体の密度）
成形体２０の密度は、１．６ｇ／ｃｍ３以上であり、好ましくは１．６ｇ／ｃｍ３以上２．３ｇ／ｃｍ３以下であり、より好ましくは１．８ｇ／ｃｍ３以上２．１ｇ／ｃｍ３以下である。成形体２０の密度が上記範囲である場合、熱伝導率が向上して、焼成時間をより短縮することができ、高い結晶性を有する正極活物質を、生産性高く製造することができる。一方、成形体２０の密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である場合、成形体の強度が低下し、成形体のハンドリング時や焼成中に成形体が崩壊し、熱伝導率の低下や収率の悪化を招くことがある。また、成形体２０の密度が２．６ｇ／ｃｍ３を超える場合、焼成時の焼結が進行しすぎ、後述する解砕工程において収率が大幅に悪化することがある。なお、成形体２０の内部の密度や、複数の成形体２０間の密度は、全体的に均一であることが好ましい。成形体の内部及び成形体間の密度が均一である場合、密度差による熱伝達率の差によって生じるいわゆる焼きむらの発生が抑制され、品質のバラツキを抑制することができる。
(Density of compact)
The density of the compact 20 is 1.6 g/cm 3 or more, preferably 1.6 g/cm 3 or more and 2.3 g/cm 3 or less, more preferably 1.8 g/cm 3 or more and 2.1 g/cm 3 or more. cm 3 or less. When the density of the molded
（圧力）
成形体２０は、例えば、リチウム混合物を加圧成形して製造される。成形体を製造する際の圧力（面圧）は、特に限定されず、狙いとする密度になるように圧力（面圧）を制御すればよい。面圧は、好ましくは３００ｋｇｆ／ｃｍ２（２９．４ＭＰａ）以上１０００ｋｇｆ／ｃｍ２（９８．１ＭＰａ）以下であり、より好ましくは５００ｋｇｆ／ｃｍ２（４９．０ＭＰａ）以上８００ｋｇｆ／ｃｍ２（７８．５ＭＰａ）以下である。
(pressure)
The molded
圧力（面圧）が上記範囲である場合、前駆体の粒子が形状を保持しつつ、かつ、上記密度を有する成形体を容易に成形することができる。なお、面圧が３００ｋｇｆ／ｃｍ２（２９．４ＭＰａ）未満である場合、リチウム混合物が成形されないことがある。一方、面圧が１０００ｋｇｆ／ｃｍ２（９８．１ＭＰａ）を超える場合、成形体は形成できるが、前駆体の粒子が破壊されることで、得られる正極活物質の品質が低下することがある。 When the pressure (surface pressure) is within the above range, a compact having the above density can be easily formed while the precursor particles retain their shape. If the surface pressure is less than 300 kgf/cm 2 (29.4 MPa), the lithium mixture may not be molded. On the other hand, when the surface pressure exceeds 1000 kgf/cm 2 (98.1 MPa), the molded body can be formed, but the particles of the precursor are destroyed, and the quality of the obtained positive electrode active material may be deteriorated.
（成形体の製造装置）
成形体２０を製造する装置としては、特に限定されず、リチウム混合物を加圧できるものであればよく、例えば、打錠機、ブリケットマシン、ローラコンパクター等を用いることができる。例えば、直径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、厚さが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下のペレット状の成形体２０を製造する場合、打錠機を用いることが好ましい。また、成形体２０を製造する際、ステアリン酸等の滑沢剤を併用することで、成形体２０を製造する型枠への原料の付着を防止でき大量生産にも対応可能である。
(Molded body manufacturing equipment)
The apparatus for producing the compact 20 is not particularly limited as long as it can pressurize the lithium mixture. For example, a tableting machine, a briquette machine, a roller compactor, or the like can be used. For example, when producing a pellet-shaped compact 20 having a diameter of 1 mm or more and 20 mm or less and a thickness of 1 mm or more and 20 mm or less, it is preferable to use a tableting machine. In addition, by using a lubricant such as stearic acid when manufacturing the molded
［焼成（ステップＳ３０）］
次いで、得られた成形体２０を酸化性雰囲気中、７３０℃以上９３０℃以下で焼成する（ステップＳ３０）。成形体を焼成することにより、前駆体とリチウム化合物とが反応し、リチウムニッケル複合酸化物が生成される。焼成の際、温度は、例えば、室温から徐々に上げ、７３０℃以上９３０℃以下の温度範囲で所定時間保持する。焼成温度が７３０℃未満である場合、リチウムの拡散が十分に行われなくなり、原料として用いたリチウム化合物が反応せずに残ったり、リチウムニッケル複合酸化物の結晶構造が十分整わなくなったりして、得られた正極活物質を用いた二次電池が十分な電池特性を有さないことがある。一方、焼成温度が９３０℃を超える場合、リチウムニッケル複合酸化物の粒子間で激しく焼結が生じるとともに、異常粒成長が起こり、比表面積が低下することがある。また、正極活物質の比表面積が低下した場合、正極の抵抗が上昇して電池容量が低下することがある。
[Firing (step S30)]
Next, the molded
焼成の際、例えば、温度は室温から徐々に上げ、７３０℃以上９３０℃以下の温度範囲で１０時間未満保持する。なお、焼成温度は、前駆体の組成、リチウム化合物の種類、成形体の形状等により、７３０℃以上９３０℃以下の範囲内で適宜調整することができ、例えば、７５０℃以上９００℃以下であってもよく、８００℃以上９００℃以下であってもよい。焼成炉の昇温速度は、特に限定されず、例えば、１℃／分以上であり、３℃／分以上であってもよく、５℃／分以上であってもよく、８℃／分以上であってもよい。また、焼成炉の昇温速度の上限は、１５℃／分以下であり、好ましくは１０℃／分以下である。焼成炉の昇温速度が上記範囲である場合、より焼成効率に優れる。焼成炉の昇温速度が、１５℃／分を超える場合、成形体内の温度のばらつきが大きくなり、局所的な焼結が発生するおそれがある。なお、焼成の温度及び焼成炉の昇温速度は、一定でなくてもよく、例えば、段階的に変化させてもよい。 At the time of firing, for example, the temperature is gradually raised from room temperature and maintained in the temperature range of 730° C. or higher and 930° C. or lower for less than 10 hours. The firing temperature can be appropriately adjusted within the range of 730° C. or higher and 930° C. or lower depending on the composition of the precursor, the type of lithium compound, the shape of the compact, and the like. 800° C. or higher and 900° C. or lower. The heating rate of the firing furnace is not particularly limited, and is, for example, 1° C./min or more, may be 3° C./min or more, may be 5° C./min or more, or may be 8° C./min or more. may be Further, the upper limit of the heating rate of the firing furnace is 15° C./min or less, preferably 10° C./min or less. When the heating rate of the firing furnace is within the above range, the firing efficiency is more excellent. When the heating rate of the firing furnace exceeds 15° C./min, the temperature variation in the compact becomes large, which may cause local sintering. Note that the firing temperature and the heating rate of the firing furnace may not be constant, and may be changed stepwise, for example.
焼成時間は、１０時間未満であり、好ましくは８時間以下であり、より好ましくは７．５時間以下であり、さらに好ましくは６時間以下であり、２．２時間以下であってもよい。なお、本明細書において、焼成時間とは、上記の焼成温度で保持する時間をいう。従来、上記のリチウム混合物を焼成する際には、大気雰囲気又は酸化性雰囲気中、１５～２０時間程度で焼成を行っていたところ、本実施形態の製造方法では、上述の成形体２０を焼成することにより、非常に短時間（例えば、従来の焼成時間の半分以下の時間）で、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物を得ることができる。なお、焼成時間の下限は、前駆体とリチウム化合物との反応が十分に行われる範囲であればよいが例えば、１時間以上であってもよく、２時間以上であってもよい。 The firing time is less than 10 hours, preferably 8 hours or less, more preferably 7.5 hours or less, still more preferably 6 hours or less, and may be 2.2 hours or less. In this specification, the term "firing time" refers to the time during which the above firing temperature is maintained. Conventionally, when firing the above lithium mixture, firing was performed in an air atmosphere or an oxidizing atmosphere for about 15 to 20 hours. As a result, a highly crystalline lithium-nickel composite oxide can be obtained in a very short period of time (for example, less than half the conventional baking time). The lower limit of the firing time may be a range in which the reaction between the precursor and the lithium compound is sufficiently performed, and may be, for example, 1 hour or longer, or 2 hours or longer.
焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気であり、大気中の酸素濃度を超える酸素濃度を有する雰囲気であることが好ましく、酸素濃度が２５容量％以上であることがより好ましく、酸素濃度が３０容量％以上１００容量％以下であることがより好ましく、酸素濃度が１００容量％（酸素気流）であることがさらに好ましい。焼成時の雰囲気が上記範囲である場合、成形体２０の内部まで酸素を十分に浸透させて、層状の結晶構造を有するリチウムニッケル複合酸化物を形成することができる。 The atmosphere during firing is an oxidizing atmosphere, preferably an atmosphere having an oxygen concentration exceeding the oxygen concentration in the atmosphere, more preferably an oxygen concentration of 25% by volume or more, and an oxygen concentration of 30% by volume. More preferably, the oxygen concentration is 100% by volume or less, and more preferably 100% by volume (oxygen stream). When the atmosphere during firing is within the above range, oxygen can sufficiently permeate into the compact 20 to form a lithium-nickel composite oxide having a layered crystal structure.
Ｎｉの含有量が比較的に高い正極活物質を製造する場合（例えば、Ｌｉ以外の金属中、Ｎｉの割合が５５原子％以上である場合）、Ｎｉの含有量が高くなるとともに、リチウムニッケル複合酸化物中のＮｉ価数が高くなり、ＬｉとＬｉ以外の金属と酸素との層状の結晶構造を生成するために、より多くの酸素が必要となる傾向がある。よって、焼成を酸化性雰囲気で行うことにより、より確実に、成形体２０内部まで酸素を浸透させて、リチウム化合物と前駆体とを反応させることができる。 When producing a positive electrode active material with a relatively high Ni content (for example, when the proportion of Ni in a metal other than Li is 55 atomic % or more), the Ni content increases and the lithium-nickel composite The Ni valence in the oxide tends to be higher, requiring more oxygen to form a layered crystal structure of Li, metals other than Li, and oxygen. Therefore, by performing the sintering in an oxidizing atmosphere, it is possible to more reliably permeate oxygen into the inside of the compact 20 and react the lithium compound with the precursor.
雰囲気ガスの流量は、特に限定されず、例えば、１０Ｌ／分以上、より好ましくは２０Ｌ／分以上である。雰囲気ガスの流量を上記範囲とした場合、雰囲気ガスによる固気反応を高い効率で行うことができ、焼成時間を顕著に短縮することができる。例えば、焼成炉（直径１５ｃｍの円柱状の炉心管）の場合、上記範囲の雰囲気ガスの流量を好適に用いることができる。雰囲気ガスの流量の上限は、焼成炉内の大きさや、成形体２０の形状などにより適宜調整することができるが、例えば、雰囲気ガスの流量の上限は、１００Ｌ／分以下であり、好ましくは５０Ｌ／分以下である。雰囲気ガスの流量が多すぎると、雰囲気ガスの量が多くなるためコストが増加し、また、そのガス流量を実現するために排気設備の改変が必要になる等の問題が生ずる場合もある。 The flow rate of the atmosphere gas is not particularly limited, and is, for example, 10 L/min or more, more preferably 20 L/min or more. When the flow rate of the atmospheric gas is within the above range, the solid-gas reaction by the atmospheric gas can be carried out with high efficiency, and the firing time can be significantly shortened. For example, in the case of a firing furnace (a cylindrical furnace core tube with a diameter of 15 cm), the atmosphere gas flow rate within the above range can be suitably used. The upper limit of the flow rate of the atmosphere gas can be appropriately adjusted depending on the size of the inside of the firing furnace, the shape of the compact 20, etc. For example, the upper limit of the flow rate of the atmosphere gas is 100 L/min or less, preferably 50 L. / minute or less. If the flow rate of the atmosphere gas is too high, the amount of the atmosphere gas increases, which increases the cost, and may cause problems such as the need to modify the exhaust equipment in order to realize the gas flow rate.
焼成炉の種類は、特に限定されず、酸化性雰囲気（例えば、酸素気流中）で加熱できるものであればよく、流動焙焼炉やシャフトキルンなどの縦型炉を用いてもよく、横型炉を用いてもよい。これらの中でも、雰囲気ガスによる固気反応を効率よく行うという観点から、縦型炉を用いることが好ましい。また、バッチ式の炉を用いてよく、連続式の炉を用いてもよい。 The type of firing furnace is not particularly limited as long as it can be heated in an oxidizing atmosphere (for example, in an oxygen stream). A vertical furnace such as a fluidized bed roasting furnace or a shaft kiln may be used, or a horizontal furnace. may be used. Among these, it is preferable to use a vertical furnace from the viewpoint of efficiently performing a solid-gas reaction with atmospheric gas. Moreover, a batch-type furnace may be used, and a continuous-type furnace may be used.
（リチウム混合物の処理量）
本実施形態の製造方法では、リチウム混合物を成形して得られた成形体２０を焼成することにより、リチウム混合物の粉末１０を焼成する場合と比べて密度が大きいため、焼成炉の炉床面積当たりの生産量を増加させることができる。例えば、本実施形態の製造方法では、本実施形態に係る成形体２０を焼成する場合、リチウム混合物の粉末１０を焼成する場合と比較して、例えば、下記式で算出されるリチウム混合物の処理量が、２倍以上、好ましくは２．５倍以上、より好ましくは３倍以上、さらに好ましくは５倍以上とすることができる。
処理量：（Ｔ（粉末）／Ｔ（成形体））×（Ｌ（成形体）／Ｌ（粉末）×ロス係数）・・・（式）
（上記式中、Ｔ（成形体）は、成形体２０の焼成時の炉内保持時間（焼成温度まで昇温する際の時間（昇温時間）と焼成温度での保持時間（焼成時間）との合計）を示し、Ｔ（粉末）は、粉末の焼成時の炉内保持時間（焼成温度まで昇温する際の時間（昇温時間）と焼成温度での保持時間（焼成時間）との合計）を示し、Ｌ（成形体）は、焼成の際の単位体積あたりの成形体２０の重量（「焼成の際の単位体積」に「成形体の密度」を乗じた値）を示し、Ｌ（粉末）は、焼成の際の単位体積あたりの粉末のリチウム混合物の重量（「焼成の際の単位体積」に「粉末の密度」を乗じた値）を示す。ロス係数は、粉末を１．０としたときの成形体の相対的な充填率（充填の程度を示す値）であり、上記の「焼成の際の単位体積」に占めるリチウム混合物（成形体、集合体）の体積割合に応じた値である。）
なお、上記の処理量は、本実施形態に係る成形体２０の場合（例、実施例１～２３）、比較例３に記載する粉末における処理量を１．０としたときの値である。
上記処理量における（Ｔ（粉末）／Ｔ（成形体））は、成形体２０の焼成の時間に対するリチウム混合物粉末（粉末）の昇温時間及び焼成時間の合計の時間を示し、換言すれば、粉末に対して成形体２０を焼成する際の焼成時間に関する効果を示している。
また、上記処理量における（Ｌ（成形体）／Ｌ（粉末）×ロス係数）は、リチウム混合物粉末（粉末）を焼成する際の単位体積当たりの投入重量に対する、成形体２０を焼成する際の単位体積当たりの投入重量を示し、換言すれば、粉末に対して成形体２０を焼成する際の単位体積当たりの投入重量に関する効果を示している。
焼成する際の単位体積は、任意に設定される値であり、例えば、１つの成形体２０の体積よりも大きい値に設定されてもよいし、１つの成形体２０の体積よりも小さい値に設定されてもよい。例えば、焼成する際の単位体積が１つの成形体２０の体積よりも大きい値に設定される場合、焼成する際の単位体積当たりの成形体２０の投入重量は、その単位体積に複数の成形体２０（集合体３０）を充填したときの値（すなわち、Ｌ(成形体）×ロス係数）となる。
なお、ロス係数は、成形体２０の形状、あるいは成形体２０の配置の態様（複数の成形体２０からなる集合体３０における各成形体２０の配置の態様）等により、変動する値であり、特に限定されず、任意に設定可能である。ロス係数は、成形体の２０の形状、成形体の２０の配置の態様を変えること等により、目的とする任意の値に調節することができる。例えば、実施例に示す成形体２０からなる集合体３０の場合、例えば、０．７に設定されているが、ロス係数はこれらの例に限定されない。
本実施形態の製造方法では、上記の処理量において、（Ｔ（粉末）／Ｔ（成形体））＞１、且つ、（Ｌ（成形体）／Ｌ（粉末）×ロス係数）＞１を示し、粉末を焼成する場合と比較して、焼成時間及び焼成時の単位体積当たりの重量を向上させることができる。
(Processing amount of lithium mixture)
In the manufacturing method of the present embodiment, by firing the molded
Processing amount: (T (powder) / T (molded body) ) × (L (molded body) / L (powder) × loss coefficient) (formula)
(In the above formula, T (molded body) is the retention time in the furnace during firing of the molded body 20 (the time to raise the temperature to the firing temperature (heating time) and the retention time at the firing temperature (firing time). T (powder) is the sum of the retention time in the furnace during firing of the powder (the time when the temperature is raised to the firing temperature (heating time) and the retention time at the firing temperature (firing time) ), L (molded body) indicates the weight of the molded
The above processing amount is a value when the processing amount of the powder described in Comparative Example 3 is set to 1.0 in the case of the compact 20 according to the present embodiment (eg, Examples 1 to 23).
(T (powder) / T (molded body) ) in the above throughput indicates the total time of the heating time and firing time of the lithium mixture powder (powder) with respect to the firing time of the shaped
In addition, (L (molded body) / L (powder) × loss coefficient) in the above processing amount is the amount of the molded
The unit volume for firing is a value that is arbitrarily set. may be set. For example, when the unit volume during firing is set to a value larger than the volume of one molded
The loss coefficient is a value that varies depending on the shape of the molded
In the production method of the present embodiment, (T (powder) /T (molded body) )>1 and (L (molded body) /L (powder) × loss coefficient)>1 in the above throughput. , the sintering time and the weight per unit volume during sintering can be improved compared to the case of sintering powder.
図７（Ａ）は、成形体２０を焼成する際の焼成炉内１の一例を示す図である。図７（Ａ）に示すように、焼成は、例えば、焼成炉内に複数の成形体２０を積み重ねて集合体３０を形成した後、行ってもよい。集合体３０を形成する場合、集合体３０の内部、すなわち、成形体２０間に形成される空間に雰囲気ガスが通過するように、それぞれの成形体２０を配置すること（積み重ねること）が好ましい。本実施形態に係る製造方法の一例としては、本製造方法は、複数の成形体２０からなる集合体３０を焼成炉内に配置した後、焼成することを備え、集合体２０を焼成炉内に配置することは、複数の成形体２０を集合体３０内部（成形体２０間に形成される空間）に雰囲気ガスが通過するように積み重ねることが好ましい。これにより、雰囲気ガスによる固気反応をより高い効率で行うことができる。
FIG. 7A is a diagram showing an example of the firing furnace interior 1 when firing the compact 20 . As shown in FIG. 7(A), firing may be performed, for example, after stacking a plurality of
焼成の際、成形体２０間に空間を形成する方法としては、例えば、それぞれの成形体２０をランダムに積み重ねて集合体３０を形成する方法が挙げられる。複数の成形体２０をランダムに積み重ねた場合、雰囲気ガスが通過できる空間を成形体２０間に容易に形成することができ、雰囲気ガスによる固気反応をより高い効率で行うことができる。
As a method of forming spaces between the molded
図７（Ｂ）は、従来のリチウム混合物の粉末３を焼成する際に用いる容器２の一例を示す図である。従来、リチウム混合物の粉末１０や、造粒物を焼成する場合、図７（Ｂ）に示すように、匣鉢等の容器２に粉末１０、又は、造粒物を入れて焼成する。一方、本実施形態の製造方法では、容器２を用いて焼成してもよいが、成形体１と雰囲気ガスとの接触面積をより大きくして、焼結反応を促進するという観点から、匣鉢等の容器２を用いないことが好ましい。
FIG. 7B is a view showing an example of a
［解砕工程］
焼成（ステップＳ３０）後のリチウムニッケル複合酸化物は、焼成前の成形体２０の形状を保持している場合がある。また、焼成（ステップＳ３０）によって得られたリチウムニッケル複合酸化物の粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合には、本実施形態の製造方法は、リチウムニッケル複合酸化物の粒子の凝集体または焼結体を解砕する、解砕工程を備えてもよい。解砕により、得られる正極活物質の平均粒径や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく分離させて、凝集体をほぐす操作をいう。
[Crushing process]
The lithium-nickel composite oxide after firing (step S30) may retain the shape of the compact 20 before firing. Also, particles of the lithium-nickel composite oxide obtained by firing (step S30) may be aggregated or slightly sintered. In such a case, the production method of the present embodiment may include a crushing step of crushing the aggregate or sintered body of particles of the lithium-nickel composite oxide. By crushing, the average particle size and particle size distribution of the positive electrode active material to be obtained can be adjusted to a suitable range. Crushing means applying mechanical energy to agglomerates consisting of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, without almost destroying the secondary particles themselves. It refers to the operation of separating and loosening aggregates.
解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、例えば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子を破壊しないように解砕力を適切な範囲に調整することが好ましい。 As a crushing method, known means can be used, for example, a pin mill or a hammer mill can be used. At this time, it is preferable to adjust the crushing force to an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.
２．非水系電解質二次電池用正極活物質
上記した本実施形態に係る製造方法により、短時間の焼成で、結晶性に優れるリチウムニッケル複合酸化物（正極活物質）を生産性高く得ることができる。以下、本実施形態に係る製造方法により得られるリチウムニッケル複合酸化物の特性について説明する。
2. Positive Electrode Active Material for Non-Aqueous Electrolyte Secondary Batteries According to the production method according to the present embodiment described above, a lithium-nickel composite oxide (positive electrode active material) with excellent crystallinity can be obtained with high productivity in a short period of time. The characteristics of the lithium-nickel composite oxide obtained by the production method according to this embodiment will be described below.
（組成）
リチウムニッケル複合酸化物は、リチウム（Ｌｉ）とニッケル（Ｎｉ）とコバルト（Ｃｏ）と任意に他の金属（Ｍ）とを含み、各金属元素のモル比が、Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍ＝ｓ：（１－ｘ－ｙ）：ｘ：ｙ（ただし、０．９５≦ｓ≦１．３０、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、かつ、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。）で表される。
(composition)
The lithium-nickel composite oxide contains lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and optionally other metals (M), and the molar ratio of each metal element is Li:Ni:Co:M= s: (1-xy): x: y (where 0.95 ≤ s ≤ 1.30, 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0.40, and 0.55 ≤ (1 -xy)≦1.0, and M is at least one element selected from Mn, V, Mo, Nb, Ti, Zr, W and Al.).
リチウムニッケル複合酸化物は、例えば、層状構造を有する六方晶系の結晶構造を有し、一般式（１）：ＬｉｓＮｉ１－ｘーｙＣｏｘＭｙＯ２＋α（式（１）中、ただし、０．９５≦ｓ≦１．３０、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０、－０．２≦α≦０．２）で表されてもよい。また、ニッケル（Ｎｉ）の含有量に対応する（１－ｘ－ｙ）は、１未満であってもよい。 Lithium-nickel composite oxides, for example, have a hexagonal crystal structure having a layered structure, and are represented by the general formula (1): Li s Ni 1-x-y Co x My O 2+α (in formula (1), However, 0.95≦s≦1.30, 0≦x≦0.40, 0≦y≦0.40, 0.55≦(1−x−y)≦1.0, −0.2≦α ≦0.2). Also, (1-xy) corresponding to the content of nickel (Ni) may be less than one.
（リチウム席占有率）
リチウムニッケル複合酸化物は、例えば、Ｘ線回折パターンのリートベルト解析から得られるリチウム主体層である３ａサイトのリチウム席占有率が９４％以上であり、好ましくは９５％以上であり、より好ましくは９６％以上である。リチウム席占有率が上記範囲である場合、焼成工程（ステップＳ３０）において、前駆体とリチウム化合物との焼結反応が十分に行われており、リチウムニッケル複合酸化物が高い結晶性を有することを示す。結晶性の高いリチウムニッケル複合酸化物を二次電池の正極活物質として用いた場合、優れた電池特性（高い電池容量等）を示す。
(Lithium seat occupancy rate)
The lithium nickel composite oxide has, for example, a lithium site occupancy of 94% or more, preferably 95% or more, more preferably 95% or more, which is a lithium-based layer obtained from Rietveld analysis of an X-ray diffraction pattern. 96% or more. When the lithium seat occupancy is within the above range, the sintering reaction between the precursor and the lithium compound is sufficiently performed in the firing step (step S30), and the lithium-nickel composite oxide has high crystallinity. show. When a highly crystalline lithium-nickel composite oxide is used as a positive electrode active material for a secondary battery, it exhibits excellent battery characteristics (high battery capacity, etc.).
（溶出リチウム量）
リチウムニッケル複合酸化物は、リチウムニッケル複合酸化物５ｇを１００ｍＬの純水に分散させ、１０分間静置後の上澄み液に溶出したリチウム量（溶出リチウム量）が、リチウムニッケル複合酸化物全量に対して０．１５質量％以下であり、好ましくは０．１４質量％以下であり、より好ましくは０．１３質量％以下であり、さらに好ましくは０．１２質量％以下である。なお、溶出リチウム量は、中和滴定法により測定することができる。例えば、リチウムニッケル複合酸化物の粉末１０ｇに対して超純水を１００ｍＬまで添加して攪拌し、粉末を分散させ、１０分間静置した後の上澄み液を、１ｍｏｌ／Ｌの濃度の塩酸で滴定して第二中和点まで測定し、塩酸で中和されたアルカリ分をリチウムニッケル複合酸化物から溶出したリチウムとし、滴定結果からリチウムニッケル複合酸化物に対するリチウムの質量比を求め、この値を溶出リチウム量とすることができる。
(Amount of eluted lithium)
Lithium-nickel composite oxide is obtained by dispersing 5 g of lithium-nickel composite oxide in 100 mL of pure water and allowing it to stand for 10 minutes. is 0.15% by mass or less, preferably 0.14% by mass or less, more preferably 0.13% by mass or less, and still more preferably 0.12% by mass or less. The amount of eluted lithium can be measured by a neutralization titration method. For example, 10 g of lithium nickel composite oxide powder is added to 100 mL of ultrapure water and stirred to disperse the powder, and the supernatant after standing for 10 minutes is titrated with hydrochloric acid at a concentration of 1 mol / L. and measure to the second neutralization point, the alkali content neutralized with hydrochloric acid is taken as the lithium eluted from the lithium-nickel composite oxide, and the mass ratio of lithium to the lithium-nickel composite oxide is obtained from the titration result, and this value is It can be defined as the amount of eluted lithium.
溶出リチウムは、正極活物質の粒子表面に存在する、未反応のリチウム化合物や、結晶中に過剰に存在するリチウム等に由来すると考えられる。すなわち、溶出リチウム量は、原料に由来する未反応のリチウム化合物の残存量を示す指標の一つとして用いることができ、溶出リチウム量が少ないほど、未反応のリチウム化合物の残存量が少なく、前駆体とリチウム化合物との焼結反応が進行しているといえる。また、溶出リチウム量が少ないほど、後述する正極合材ペーストのゲル化を抑制することができる。 The eluted lithium is considered to originate from unreacted lithium compounds existing on the surface of the particles of the positive electrode active material, lithium existing excessively in the crystals, and the like. That is, the amount of eluted lithium can be used as one of the indicators of the remaining amount of unreacted lithium compound derived from the raw material. It can be said that the sintering reaction between the body and the lithium compound is progressing. In addition, gelation of the positive electrode mixture paste, which will be described later, can be suppressed as the amount of eluted lithium is smaller.
（初期充放電効率）
リチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いて作製された評価用の２０３２型コイン型電池ＣＢＡ（図８参照）における、初期充放電効率（初期放電容量／初期充電容量）は、例えば、８７％以上であり、好ましくは８８％以上、より好ましくは９０％以上である。初期充放電効率が上記範囲である場合、焼成工程（ステップＳ３０）において、前駆体とリチウム化合物との焼結反応が十分に行われており、リチウムニッケル複合酸化物が高い結晶性を有することを示す。なお、初期放電容効率は、実施例で使用したコイン型電池ＣＢＡを製作してから２４時間程度放置し、開回路電圧ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）が安定した後、正極に対する電流密度を０．１ｍＡ／ｃｍ２としてカットオフ電圧４．３Ｖまで充電し、１時間の休止後、カットオフ電圧３．０Ｖまで放電したときの容量を測定した値である。
(Initial charge/discharge efficiency)
The initial charge/discharge efficiency (initial discharge capacity/initial charge capacity) of the evaluation 2032-type coin-type battery CBA (see FIG. 8) produced using a lithium-nickel composite oxide as a positive electrode active material is, for example, 87%. or more, preferably 88% or more, more preferably 90% or more. When the initial charge-discharge efficiency is within the above range, the sintering reaction between the precursor and the lithium compound is sufficiently performed in the firing step (step S30), and the lithium-nickel composite oxide has high crystallinity. show. For the initial discharge capacity efficiency, the coin-type battery CBA used in the example was left for about 24 hours after it was manufactured, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) was stabilized, the current density for the positive electrode was set to 0.1 mA. It is a value obtained by measuring the capacity when charging to a cutoff voltage of 4.3 V at 2/cm 2 , discharging to a cutoff voltage of 3.0 V after resting for 1 hour.
３．非水系電解質二次電池
本実施形態に係る非水系電解質二次電池の製造方法（以下、「二次電池の製造方法」ともいう）は、正極、負極、及び、非水系電解質を用いて非水系電解質二次電池を得ること、を備え、正極は、上述の製造方法で得られた正極活物質を用いて得られる。なお、本実施形態に係る製造方法により得られる二次電池は、例えば、正極、負極、セパレータおよび非水系電解液を備えてもよく、正極、負極、および固体電解質を備えてもよい。また、二次電池は、公知のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素により構成されてもよい。
3. Non-aqueous electrolyte secondary battery A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment (hereinafter also referred to as a “method for manufacturing a secondary battery”) comprises a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte using a non-aqueous electrolyte. obtaining an electrolyte secondary battery, wherein the positive electrode is obtained using the positive electrode active material obtained by the manufacturing method described above. A secondary battery obtained by the manufacturing method according to the present embodiment may include, for example, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution, or may include a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. Also, the secondary battery may be composed of components similar to those of a known lithium-ion secondary battery.
以下、本実施形態に係る二次電池の製造方法の一例として、非水系電解液を用いた二次電池の各構成材料と、その製造方法について説明する。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、二次電池の製造方法は、本明細書に記載されている実施形態を基に、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本実施形態に係る製造方法により得られる二次電池は、その用途を特に限定するものではない。 Hereinafter, as an example of a method of manufacturing a secondary battery according to the present embodiment, constituent materials of a secondary battery using a non-aqueous electrolytic solution and a method of manufacturing the same will be described. It should be noted that the embodiments described below are merely examples, and the manufacturing method of the secondary battery is based on the embodiments described herein, and various changes and improvements are made based on the knowledge of those skilled in the art. It can be implemented in the form of Moreover, the secondary battery obtained by the manufacturing method according to the present embodiment is not particularly limited in its application.
（正極）
正極は、上記の正極活物質を含む。正極は、例えば、以下のようにして、製造することができる。なお、正極の作製方法は、以下のものに限られることなく、他の方法によってもよい。
(positive electrode)
The positive electrode contains the positive electrode active material described above. A positive electrode can be manufactured, for example, as follows. Note that the method for producing the positive electrode is not limited to the following, and other methods may be used.
まず、上記の正極活物質、導電材、及びバインダー（結着剤）を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整等の用途の溶剤を添加し、これを混錬して正極合材ペーストを作製する。なお、正極合材ペーストの構成材料は、特に限定されず、公知の正極合材ペーストと同等なものを用いてもよい。 First, the above positive electrode active material, conductive material, and binder (binder) are mixed, and if necessary, activated carbon and a solvent for viscosity adjustment, etc. are added, and this is kneaded to obtain a positive electrode mixture. Make a paste. The constituent material of the positive electrode mixture paste is not particularly limited, and materials equivalent to known positive electrode mixture pastes may be used.
正極合材ペースト中のそれぞれの材料の混合比は、特に限定されず、要求される二次電池の性能に応じて、適宜、調整される。材料の混合比は、公知の二次電池の正極合材ペーストと同様の範囲とすることができ、例えば、溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を１００質量部とした場合、正極活物質の含有量を６０質量部以上９５質量部以下とし、導電材の含有量を１質量部以上２０質量部以下とし、バインダーの含有量を１質量部以上２０質量部以下としてもよい。 The mixing ratio of each material in the positive electrode mixture paste is not particularly limited, and is appropriately adjusted according to the required performance of the secondary battery. The mixture ratio of the materials can be in the same range as the positive electrode mixture paste for known secondary batteries. The content of the active material may be 60 to 95 parts by mass, the content of the conductive material may be 1 to 20 parts by mass, and the content of the binder may be 1 to 20 parts by mass.
導電剤としては、例えば、黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など）や、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などを用いることができる。 Examples of conductive agents that can be used include graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.) and carbon black-based materials such as acetylene black and ketjen black.
バインダー（結着剤）は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などを用いることができる。 Binders (binders) play a role in binding active material particles, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, and cellulose resin. , polyacrylic acid, etc. can be used.
なお、必要に応じ、正極活物質、導電材、活性炭を分散させ、バインダー（結着剤）を溶解する溶剤を正極合材ペーストに添加してもよい。溶剤としては、具体的には、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等の有機溶剤を用いてもよい。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加してもよい。 If necessary, a solvent for dispersing the positive electrode active material, the conductive material, and the activated carbon and dissolving the binder (binder) may be added to the positive electrode mixture paste. As the solvent, specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) may be used. In addition, activated carbon may be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.
次いで、得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させて、シート状の正極を作製する。必要に応じ、電極密度を高めるため、ロールプレス等により加圧してもよい。シート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等をして、電池の作製に供することができる。 Next, the obtained positive electrode mixture paste is applied, for example, to the surface of a current collector made of aluminum foil, dried, and the solvent is dispersed to prepare a sheet-like positive electrode. If necessary, pressure may be applied by a roll press or the like in order to increase the electrode density. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size according to the intended battery, and used for manufacturing the battery.
（負極）
負極には、金属リチウムやリチウム合金等を用いてもよい。また、負極には、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを用いてもよい。
(negative electrode)
Metallic lithium, a lithium alloy, or the like may be used for the negative electrode. For the negative electrode, a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is mixed with a binder, and an appropriate solvent is added to form a paste. It may be applied to a surface, dried, and optionally compressed to increase electrode density.
負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。負極結着剤としては、正極同様、ＰＶＤＦ等の含フッ素樹脂等を用いることができる。また、これらの活物質および結着剤を分散させる溶剤としては、Ｎ－メチル－２－ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, natural graphite, artificial graphite, sintered organic compounds such as phenol resin, and powdery carbon substances such as coke can be used. Similar to the positive electrode, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder. Further, organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as solvents for dispersing these active materials and binders.
（セパレータ）
正極と負極との間には、セパレータを挟み込んで配置する。セパレータは、正極と負極とを分離し、電解質を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
(separator)
A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator separates the positive electrode from the negative electrode and holds the electrolyte, and may be a thin film of polyethylene, polypropylene, or the like, having a large number of minute pores.
（非水系電解液）
非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等の環状カーボネート、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート、さらに、テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物、エチルメチルスルホン、ブタンスルトン等の硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチル等のリン化合物等から選ばれる１種を単独で、あるいは２種以上を混合して用いることができる。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent. Examples of organic solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and dipropyl carbonate; One selected from ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butane sultone, and phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, and the like, or a mixture of two or more thereof is used. be able to.
支持塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２等、およびそれらの複合塩を用いることができる。さらに、非水系電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤等を含んでいてもよい。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 and the like, and composite salts thereof can be used. Furthermore, the non-aqueous electrolytic solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.
（電池の形状、構成）
以上のように説明してきた正極、負極、及び、非水系電解質で構成される本実施形態の非水系電解質二次電池の形状は、円筒型、積層型等、種々のものとすることができる。いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水系電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リード等を用いて接続し、電池ケースに密閉して、非水系電解質二次電池を完成させる。なお、固体電解質を採用する場合、固体電解質がセパレータを兼ねていてもよい。
(Battery shape and configuration)
The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment, which is composed of the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte described above, can be various shapes such as cylindrical and laminated. Regardless of which shape is adopted, the positive electrode and the negative electrode are laminated with a separator interposed to form an electrode body, the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolytic solution, and communicated with the positive electrode current collector and the outside. The positive electrode terminal and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal connected to the outside are connected using a current collecting lead or the like, and sealed in the battery case to complete the non-aqueous electrolyte secondary battery. . Note that when a solid electrolyte is employed, the solid electrolyte may also serve as a separator.
以下、本発明の実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。以下、得られた正極活物質およびこの正極活物質を用いた非水系電解質二次電池の特性の評価方法について説明する。なお、本実施例における、ニッケル複合水酸化物の製造、並びに、正極活物質および二次電池の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の各試料を使用した。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below using Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Hereinafter, a method for evaluating the characteristics of the obtained positive electrode active material and a non-aqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material will be described. In addition, in the production of the nickel composite hydroxide and the production of the positive electrode active material and the secondary battery in the present examples, special grade reagent samples manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. were used.
［落下強度］
成形体の落下強度を以下の方法で評価した。
得られた成形体を１００ｃｍの高さから、厚さ０．５ｍｍの鉄板上に落下させ、割れの有無を観察した。成形体の割れが観察されなかった場合を「〇」、成形体の割れが観察された場合を「×」と評価した。
[Drop strength]
The drop strength of the compact was evaluated by the following method.
The obtained compact was dropped from a height of 100 cm onto an iron plate having a thickness of 0.5 mm, and the presence or absence of cracks was observed. A case where no cracking of the molded body was observed was evaluated as "◯", and a case where cracking of the molded body was observed was evaluated as "X".
［リチウム混合物の処理量］
リチウム混合物の処理量（「処理量」と略すこともある）を評価した。リチウム混合物の処理量は、下記式により求めた。
処理量：（Ｔ（粉末）／Ｔ（成形体））×（Ｌ（成形体）／Ｌ（粉末）×ロス係数）・・・（式）
（上記式中、Ｔ（成形体）は、成形体の焼成時の炉内保持時間（焼成温度まで昇温する際の時間（昇温時間）と焼成温度での保持時間（焼成時間）との合計）を示し、Ｔ（粉末）は、粉末の焼成時の炉内保持時間（焼成温度まで昇温する際の時間（昇温時間）と焼成温度での保持時間（焼成時間）との合計）を示し、Ｌ（成形体）は、焼成の際の単位体積あたりの成形体の重量（「焼成の際の単位体積」に「成形体の密度」を乗じた値）を示し、Ｌ（粉末）は、焼成の際の単位体積あたりの粉末のリチウム混合物の重量（「焼成の際の単位体積」に「粉末の密度」を乗じた値）を示す。ロス係数は、粉末を１．０としたときの成形体の相対的な充填率であり、上記の「焼成の際の単位体積」に占めるリチウム混合物（成形体）の体積割合に応じた値である。）
なお、成形体（実施例１～２３、比較例１、４～７）の例では、上記式において、比較例３（粉末、炉内保持時間：１５時間）の処理量を１．０とし、「焼成の際の単位体積」を直径１５０ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱状の炉心管に高さ５０ｍｍまで成形体または粉体を投入した時の体積（半径：１５／２ｃｍ × 半径：１５／２ｃｍ × π ×高さ：５ｃｍ＝８８３．５［ｃｍ３］）とし、粉末のロス係数を１とし、成形体のロス係数を０．７とした。
例えば、実施例２の処理量は、上記式において、Ｔ（粉末）（比較例３）＝１５時間（昇温時間：２．７時間、焼成時間：１２．３時間）、Ｔ（成形体）＝８時間（昇温時間：２．７時間、焼成時間：５．３時間）、Ｌ（成形体）×ロス係数＝８８３．５ｃｍ３（単位体積）×２．１２（密度）×０．７（ロス係数）＝１３１１［ｇ］であり、Ｌ（粉体）（比較例３）＝８８３．５ｃｍ３（単位体積）×１．００（密度）＝８８３．５［ｇ］であり、これらの値から処理量として２．８が算出される。なお、本実施例および比較例のロス係数は、実施例および比較例において平均的な値として算出され、設定された値である。
[Processing amount of lithium mixture]
The throughput (sometimes abbreviated as "throughput") of the lithium mixture was evaluated. The processing amount of the lithium mixture was determined by the following formula.
Processing amount: (T (powder) / T (molded body) ) × (L (molded body) / L (powder) × loss coefficient) (formula)
(In the above formula, T (molded body) is the length of the retention time in the furnace during firing of the molded body (the time when the temperature is raised to the firing temperature (heating time) and the retention time at the firing temperature (firing time). T (powder) is the retention time in the furnace during firing of the powder (the sum of the time (heating time) when raising the temperature to the firing temperature and the retention time at the firing temperature (firing time)) , and L (molded body) indicates the weight of the molded body per unit volume during firing (the value obtained by multiplying the "unit volume during firing" by the "density of the molded body"), and L (powder) indicates the weight of the lithium mixture of the powder per unit volume during firing (the value obtained by multiplying the "unit volume during firing" by the "powder density". The loss coefficient is the powder as 1.0. It is the relative filling rate of the molded body at the time of firing, and is a value corresponding to the volume ratio of the lithium mixture (molded body) to the above-mentioned "unit volume during firing".)
In the examples of the compacts (Examples 1 to 23, Comparative Examples 1, 4 to 7), in the above formula, the processing amount of Comparative Example 3 (powder, retention time in the furnace: 15 hours) is set to 1.0, "Unit volume during firing" is the volume when a compact or powder is put into a cylindrical furnace core tube with a diameter of 150 mm and a height of 200 mm up to a height of 50 mm (radius: 15/2 cm x radius: 15/2 cm x π×height: 5 cm=883.5 [cm 3 ]), the loss coefficient of the powder was set to 1, and the loss coefficient of the compact was set to 0.7.
For example, the processing amount of Example 2 is, in the above formula, T (powder) (Comparative Example 3) = 15 hours (heating time: 2.7 hours, firing time: 12.3 hours), T (molded body) = 8 hours (heating time: 2.7 hours, firing time: 5.3 hours), L (molded body) x loss coefficient = 883.5 cm 3 (unit volume) x 2.12 (density) x 0.7 (loss coefficient) = 1311 [g], L (powder) (Comparative Example 3) = 883.5 cm 3 (unit volume) × 1.00 (density) = 883.5 [g], and these A throughput of 2.8 is calculated from the values. It should be noted that the loss coefficients of the examples and comparative examples are values calculated and set as average values in the examples and comparative examples.
［溶出リチウム量］
溶出リチウム（Ｌｉ）量は、正極活物質を水に分散させた際に、水に溶けるリチウム量をいい、以下の方法により測定した。まず、得られた正極活物質（複合酸化物）の粉末１０ｇに対して超純水を１００ｍｌまで添加して攪拌し、粉末を分散させた後、１ｍｏｌ／リットルの濃度の塩酸で滴定し第二中和点まで測定した。塩酸で中和されたアルカリ分を複合酸化物粉末表面のリチウムとして、滴定結果から複合酸化物に対するリチウムの質量比を求め、この値を溶出リチウム量とした。表１～３に、正極活物質全体に対する、純水に溶出したリチウム量（溶出リチウム量）を示す。
[Amount of eluted lithium]
The amount of eluted lithium (Li) refers to the amount of lithium dissolved in water when the positive electrode active material is dispersed in water, and was measured by the following method. First, 100 ml of ultrapure water was added to 10 g of the powder of the obtained positive electrode active material (composite oxide) and stirred to disperse the powder. Measurements were taken up to the neutral point. Using the alkali content neutralized with hydrochloric acid as lithium on the surface of the composite oxide powder, the mass ratio of lithium to the composite oxide was obtained from the titration results, and this value was taken as the amount of eluted lithium. Tables 1 to 3 show the amount of lithium eluted into pure water (the amount of eluted lithium) with respect to the entire positive electrode active material.
［リチウム席占有率］
得られた正極活物質について、Ｘ線回折測定を行った。Ｘ線回折測定は、粉末Ｘ線回折装置（ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製、Ｘ‘Ｐｒｔ ＰＲＯ）を用い、Ｃｕ－Ｋα線による粉末Ｘ線回折法により実施した。得られた粉末Ｘ線回折パターンについて、リートベルト解析を行い、３ａサイトのリチウム席占有率を求めた。
[Lithium seat occupancy]
The obtained positive electrode active material was subjected to X-ray diffraction measurement. The X-ray diffraction measurement was performed by a powder X-ray diffraction method using Cu—Kα rays using a powder X-ray diffraction apparatus (X'Prt PRO manufactured by PANalytical). The obtained powder X-ray diffraction pattern was subjected to Rietveld analysis to obtain the lithium site occupancy at the 3a site.
［評価用二次電池の製造および評価］
以下の方法により２０３２型のコイン型電池ＣＢＡ（図８参照）を作製し、正極活物質の電池特性の評価を行った。
[Production and Evaluation of Secondary Battery for Evaluation]
A 2032-type coin-type battery CBA (see FIG. 8) was produced by the following method, and battery characteristics of the positive electrode active material were evaluated.
（コイン型電池の作製）
正極活物質５２．５ｍｇ、アセチレンブラック１５ｍｇ、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）７．５ｍｇを混合し、１００ＭＰａの圧力で直径１１ｍｍ、厚さ１００μｍにプレス成形して正極ＰＥ（評価用電極）を作製した。その作製した正極ＰＥを真空乾燥機中１２０℃で１２時間乾燥した。乾燥した正極ＰＥ、負極ＮＥ、セパレータＳＥ、および、電解液を用いて、図８に示すコイン型電池ＣＢＡを、露点が－８０℃に管理されたＡｒ雰囲気のグローブボックス内で作製した。
(Production of coin-type battery)
52.5 mg of the positive electrode active material, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed and press-molded to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm at a pressure of 100 MPa to prepare a positive electrode PE (evaluation electrode). did. The produced positive electrode PE was dried in a vacuum dryer at 120° C. for 12 hours. Using the dried positive electrode PE, negative electrode NE, separator SE, and electrolytic solution, a coin-type battery CBA shown in FIG. 8 was produced in an Ar atmosphere glove box with a controlled dew point of -80.
負極ＮＥには、リチウム金属を用い、電解液には、１ＭのＬｉＰＦ６を支持電解質とするエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の等量混合液（富山薬品工業株式会社製）を用いた。セパレータＳＥには膜厚２５μｍのポリエチレン多孔膜を用いた。また、コイン型電池ＣＢＡは、ガスケットＧＡとウェーブワッシャーＷＷを有し、正極缶ＰＣと負極缶ＮＣとでコイン状の電池に組み立てられた。 Lithium metal is used for the negative electrode NE, and an equal mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) with 1 M LiPF 6 as the supporting electrolyte (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) is used as the electrolyte. board. A polyethylene porous film having a film thickness of 25 μm was used as the separator SE. Also, the coin-type battery CBA has a gasket GA and a wave washer WW, and is assembled into a coin-shaped battery with a positive electrode can PC and a negative electrode can NC.
（初期充放電容量の評価）
作製したコイン型電池ＣＢＡを２４時間程度放置し、開回路電圧ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）が安定した後、正極に対する電流密度を０．１ｍＡ／ｃｍ２としてカットオフ電圧４．３Ｖまで充電したときの容量を初期充電容量とし、１時間の休止後、カットオフ電圧３．０Ｖまで放電したときの容量を初期放電容量とした。
(Evaluation of initial charge/discharge capacity)
The prepared coin-type battery CBA was left for about 24 hours, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) was stabilized, the current density for the positive electrode was set to 0.1 mA / cm 2 and charged to a cutoff voltage of 4.3 V. The capacity was defined as the initial charge capacity, and the capacity when discharged to a cutoff voltage of 3.0 V after resting for 1 hour was defined as the initial discharge capacity.
［電池効率］
電池効率（初期充放電効率）は、初期充電容量に対する、初期放電容量の割合［（初期放電容量／初期充電容量）×１００］により算出した。また、電池効率（初期充放電効率）が８７％以上の場合を「〇」と評価し、電池効率が８７％未満の場合を「×」と評価した。
[Battery efficiency]
Battery efficiency (initial charge/discharge efficiency) was calculated from the ratio of initial discharge capacity to initial charge capacity [(initial discharge capacity/initial charge capacity)×100]. In addition, when the battery efficiency (initial charge/discharge efficiency) was 87% or more, it was evaluated as "◯", and when the battery efficiency was less than 87%, it was evaluated as "x".
［実施例１］
（リチウム混合物の製造工程）
前駆体として、晶析法により得られたＮｉ０．７０Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．１５（ＯＨ）２で表されるニッケル複合水酸化物と、Ｌｉ／Ｍｅ比＝１．０５となるように秤量した水酸化リチウムとを、シェーカーミキサ装置（ウィリー・エ・バッコーフェン（ＷＡＢ）社製ＴＵＲＢＵＬＡ ＴｙｐｅＴ２Ｃ）を用いて十分に混合し、リチウム混合物を得た。得られたリチウム混合物の各金属元素の割合を表１に示す。
[Example 1]
(Manufacturing process of lithium mixture)
As precursors, a nickel composite hydroxide represented by Ni 0.70 Co 0.15 Mn 0.15 (OH) 2 obtained by a crystallization method, and Li/Me ratio = 1.05 The weighed lithium hydroxide was sufficiently mixed using a shaker mixer (TURBULA Type T2C manufactured by Willie & Bacchofen (WAB)) to obtain a lithium mixture. Table 1 shows the ratio of each metal element in the obtained lithium mixture.
（成形工程）
リチウム混合物を型枠へ投入し、プレス機（「テーブルプレス」型番：ＴＢ－５０Ｈ、アズワン株式会社」）を用いて面圧（圧力）６００ｋｇｆ／ｃｍ２（５８．８ＭＰａ）で加圧して、表１に示す密度、大きさ（厚さ、直径φ（長径）等）の円柱状の成形体を得た。得られた成形体の特性を表１に示す。長径は、厚さ方向に対して垂直な断面（加圧面）において、任意の２点間の距離が最大となる長さとして、円柱の底面の直径（１ｍｍ）とした。
(Molding process)
The lithium mixture is put into the mold, and pressurized at a surface pressure (pressure) of 600 kgf/cm 2 (58.8 MPa) using a pressing machine (“Table Press” model number: TB-50H, AS ONE Corporation) to form a table. A columnar compact having the density and size (thickness, diameter φ (major axis), etc.) shown in 1 was obtained. Table 1 shows the properties of the obtained compact. The major axis was defined as the diameter (1 mm) of the bottom surface of the cylinder, which is the length that maximizes the distance between any two points in the cross section (pressure surface) perpendicular to the thickness direction.
（焼成工程）
得られた複数の成形体を集合体にし、その集合体を焼成炉（株式会社アサヒ理化製作所製、縦型管状炉（ＡＲＦ３１５０－８００））内に配置した後、焼成した。集合体を焼成炉内に配置する際、複数の成形体を集合体内部に雰囲気ガスが通過するように積み重ねるようにした。焼成は、大きさが１５０ｍｍφ（直径）×２００ｍｍ（高さ）である焼成炉（焼成用炉心管（炉心管））を用い、複数の成形体をその炉心菅に高さ５０ｍｍまで敷き詰めて集合体（１５０ｍｍφ（直径）×５０ｍｍ（高さ））とし、酸素雰囲気（酸素濃度１００容量％、表に「Ｏ２」と記す）中にて、炉の昇温速度を３００℃／時間として室温から焼成温度まで昇温し（昇温時間２．７時間）、焼成を８５０℃（焼成温度）で５．３時間（焼成時間）で、雰囲気ガス流量（１０Ｌ／分）の条件の条件で実施した。集合体は、集合体内部に雰囲気ガスが通過するように複数の成形体を上下左右方向にランダムに配置することにより形成し、集合体の単位体積（半径：１５／２ｃｍ × 半径：１５／２ｃｍ × π ×高さ：５ｃｍ）当たりの充填の程度を示す「ロス係数」が０．７程度となるよう形成した。炉内保持時間は、昇温時間（２．７時間）と焼成時間（５．３時間）とを合計した８時間であった。なお、投入した成形体の炉心管からの漏れを最低限に抑えるため、炉心管の底面に、通気口（開孔率５０％）を設けたセラミック板を３枚重ねて配置し、配置したセラミック板の上に成形体を敷き詰めた。焼成の後、集合体（成形体）を解砕して、リチウムニッケル複合酸化物（正極活物質）の粒子を得た。製造条件、及び、得られた正極活物質の評価結果を表１に示す。
(Baking process)
A plurality of obtained compacts were aggregated, and the aggregate was placed in a firing furnace (vertical tubular furnace (ARF3150-800) manufactured by Asahi Rika Seisakusho Co., Ltd.) and then fired. When arranging the assembly in the firing furnace, a plurality of compacts were stacked so that the atmosphere gas could pass through the interior of the assembly. Firing is performed using a firing furnace (furnace core tube for firing (furnace tube)) having a size of 150 mmφ (diameter) x 200 mm (height), and a plurality of molded bodies are spread over the furnace core tube to a height of 50 mm to form an aggregate. (150 mmφ (diameter) × 50 mm (height)), firing from room temperature in an oxygen atmosphere (oxygen concentration 100% by volume, indicated as “O 2 ” in the table) at a furnace temperature increase rate of 300 ° C./hour. The temperature was raised (heating time: 2.7 hours), and firing was performed at 850° C. (firing temperature) for 5.3 hours (firing time) under the conditions of atmospheric gas flow rate (10 L/min). The aggregate is formed by randomly arranging a plurality of molded bodies in the vertical and horizontal directions so that the atmospheric gas passes through the inside of the aggregate, and the unit volume of the aggregate (radius: 15/2 cm × radius: 15/2 cm) × π × height: 5 cm). The holding time in the furnace was 8 hours, which is the sum of the heating time (2.7 hours) and the firing time (5.3 hours). In addition, in order to minimize leakage from the furnace core tube of the charged molded body, three ceramic plates provided with vents (opening ratio of 50%) were stacked on the bottom of the furnace core tube. The molded body was spread over the plate. After firing, the aggregate (molded body) was pulverized to obtain particles of lithium-nickel composite oxide (positive electrode active material). Table 1 shows the production conditions and the evaluation results of the obtained positive electrode active material.
［実施例２～６］
成形工程において、面圧（圧力）、得られた成形体の密度、大きさ（厚さ、直径φ（長径））を表１に示すようにした以外は、実施例１と同様の条件で成形体（集合体）及び正極活物質を得るとともに、評価した。製造条件、及び、得られた成形体及び正極活物質の評価結果を表１に示す。
[Examples 2 to 6]
In the molding process, molding under the same conditions as in Example 1 except that the surface pressure (pressure), the density of the obtained molded body, and the size (thickness, diameter φ (major axis)) were as shown in Table 1. A body (aggregate) and a positive electrode active material were obtained and evaluated. Table 1 shows the production conditions and the evaluation results of the obtained molded body and positive electrode active material.
［実施例７］
金属Ｍとして、表１に示す金属元素をそれぞれ用いて、得られた成形体の密度、大きさ（厚さ、直径φ（長径））を表１に示すようにし、焼成を表１に示す焼成温度及び焼成時間で行った以外は、実施例１と同様の条件で成形体（集合体）及び正極活物質を得るとともに、評価した。製造条件、及び、得られた成形体及び正極活物質の評価結果を表１に示す。
[Example 7]
As the metal M, the metal elements shown in Table 1 were used, and the density and size (thickness, diameter φ (major axis)) of the molded body obtained were as shown in Table 1, and the firing was performed as shown in Table 1. A compact (aggregate) and a positive electrode active material were obtained and evaluated under the same conditions as in Example 1, except that the temperature and firing time were changed. Table 1 shows the production conditions and the evaluation results of the obtained molded body and positive electrode active material.
［比較例１］
成形工程において、面圧（圧力）を調整して、得られた成形体の密度を１．６ｇ／ｃｍ３未満とし、かつ、成形体の大きさ（厚さ、直径φ（長径））を表１に示すようにし、焼成を表１に示す焼成温度及び焼成時間で行った以外は、実施例１と同様の条件で成形体（集合体）及び正極活物質を得るとともに、評価した。製造条件、及び、得られた成形体及び正極活物質の評価結果を表１に示す。
[Comparative Example 1]
In the molding process, the surface pressure (pressure) is adjusted so that the density of the obtained compact is less than 1.6 g/ cm3 , and the size (thickness, diameter φ (major axis)) of the compact is expressed. 1, and the molded body (aggregate) and the positive electrode active material were obtained and evaluated under the same conditions as in Example 1, except that the firing was performed at the firing temperature and firing time shown in Table 1. Table 1 shows the production conditions and the evaluation results of the obtained molded body and positive electrode active material.
［比較例２、３］
リチウム混合物（粉体）を、厚さ５０ｍｍとなるように炉心管に投入し、表１に示す焼成温度及び焼成時間で焼成した以外は、実施例１と同様に成形体（集合体）及び正極活物質を得るとともに評価した。製造条件、及び、得られた成形体及び正極活物質の評価結果を表１に示す。
[Comparative Examples 2 and 3]
A molded body (aggregate) and a positive electrode were produced in the same manner as in Example 1, except that the lithium mixture (powder) was put into the furnace core tube so as to have a thickness of 50 mm, and was fired at the firing temperature and firing time shown in Table 1. An active material was obtained and evaluated. Table 1 shows the production conditions and the evaluation results of the obtained molded body and positive electrode active material.
［評価結果１］
実施例では、リチウム混合物を用いて、厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ３以上の成形体を製造した後、得られた成形体からなる集合体の焼成を行い、正極活物質を得た。実施例で得られた正極活物質は、１０時間未満の焼成時間で、溶出リチウム量が少なく、高いリチウム席占有率を有する。また、実施例で得られた正極活物質を用いた二次電池では、高い電池効率を有することが示された。また、実施例では、焼成工程における処理量が多く、生産効率が高いことが示された。また、実施例では、バインダーを含まないリチウム混合物を用いても、強度の高い成形体が製造できることが示された。
[Evaluation result 1]
In the examples, a molded body having a thickness of 1 mm or more and 30 mm or less, a major diameter of 1 mm or more and less than 30 mm, and a density of 1.6 g/cm 3 or more was produced using a lithium mixture, and then an assembly composed of the obtained molded body was fired. was performed to obtain a positive electrode active material. The positive electrode active material obtained in the example has a small amount of eluted lithium and a high lithium site occupancy with a baking time of less than 10 hours. Moreover, it was shown that the secondary batteries using the positive electrode active materials obtained in the examples had high battery efficiency. In addition, in the examples, it was shown that the processing amount in the baking process was large and the production efficiency was high. Moreover, in the examples, it was shown that a molded body with high strength can be produced even when a lithium mixture containing no binder is used.
一方、成形体の密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である比較例１では、実施例と比較して、得られた正極活物質の溶出リチウム量が多く、リチウム席占有率が低かった。また、比較例で得られた正極活物質を用いた二次電池では、電池効率が低かった。また、焼成工程における処理量も少なかった。 On the other hand, in Comparative Example 1, in which the density of the compact was less than 1.6 g/cm 3 , the amount of eluted lithium in the obtained positive electrode active material was large, and the lithium site occupancy was low compared to Examples. In addition, the secondary battery using the positive electrode active material obtained in the comparative example had low battery efficiency. In addition, the processing amount in the baking process was also small.
また、リチウム混合物を成形せず、従来と同様に、粉体の状態で、１０時間未満の焼成を行った比較例２では、実施例と比較して、得られた正極活物質の溶出リチウム量が多く、リチウム席占有率が低く、電池効率も低かった。また、焼成工程における処理量も少なかった。 In addition, in Comparative Example 2, in which the lithium mixture was not molded and was fired in a powder state for less than 10 hours in the same manner as in the prior art, the amount of eluted lithium in the obtained positive electrode active material was lower than that of the Examples. , the lithium site occupancy rate was low, and the battery efficiency was also low. In addition, the processing amount in the baking process was also small.
また、比較例２と同様に粉体の状態で、１２．３時間の焼成を行った比較例３では、得られた正極活物質の溶出リチウム量、リチウム席占有率、及び、電池効率が実施例と同程度であった。また、実施例と比較して、焼成工程における処理量は少なかった。 In addition, in Comparative Example 3 in which the powder was fired for 12.3 hours in the same manner as in Comparative Example 2, the amount of eluted lithium in the obtained positive electrode active material, the lithium site occupancy, and the battery efficiency were evaluated. Similar to the example. In addition, the amount of treatment in the firing process was small compared to the examples.
以上から、従来のようにリチウム混合物の粉体を焼成した場合、１０時間以上の焼成時間が必要であるところ、特定の条件を満たす成形体を形成して焼成することにより、１０時時間未満の焼成時間で、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物（正極活物質）を生産性高く得られることが示された。 From the above, when the powder of the lithium mixture is fired as in the conventional method, the firing time of 10 hours or more is required. It was shown that a lithium-nickel composite oxide (cathode active material) with high crystallinity can be obtained with high productivity within the firing time.
次に、実施例７等と比較して、主にリチウム化合物の種類、混合量などが異なる実施例及び比較例について、以下に説明する。 Next, examples and comparative examples in which mainly the kind of lithium compound and the amount of mixture are different from those of Example 7 and the like will be described below.
［実施例８～１２、比較例４、５］
表２に示す製造条件とした以外は、実施例７と同様の条件で成形体（集合体）及び正極活物質を得るとともに、評価した。製造条件、及び、得られた成形体及び正極活物質の評価結果を表２に示す。
[Examples 8 to 12, Comparative Examples 4 and 5]
A compact (aggregate) and a positive electrode active material were obtained and evaluated under the same conditions as in Example 7, except that the manufacturing conditions shown in Table 2 were used. Table 2 shows the manufacturing conditions and the evaluation results of the obtained molded body and positive electrode active material.
なお、実施例８では、リチウム化合物として、水分率４．８％の乾燥水酸化リチウム（無水水酸化リチウムを用いた）。 In Example 8, dry lithium hydroxide having a moisture content of 4.8% (anhydrous lithium hydroxide was used) was used as the lithium compound.
なお、実施例９、１０、比較例５では、表２に示すように、バインダーを含むリチウム混合物を用いた。バインダーとしては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用いた。実施例９、比較例５では、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を、リチウム混合物の全質量に対して、２．０質量％含み、実施例１０では、バインダーとして、リチウム混合物の全質量に対して、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を０.５質量％、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）を０.５質量％、及び、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を１．０質量％含む。 In addition, in Examples 9 and 10 and Comparative Example 5, as shown in Table 2, a lithium mixture containing a binder was used. Polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylamide (PAM), and carboxymethyl cellulose (CMC) were used as binders. In Example 9 and Comparative Example 5, carboxymethyl cellulose (CMC) was contained in an amount of 2.0% by weight with respect to the total weight of the lithium mixture, and in Example 10, polyvinyl was used as a binder with respect to the total weight of the lithium mixture. It contains 0.5% by weight of alcohol (PVA), 0.5% by weight of polyacrylamide (PAM), and 1.0% by weight of carboxymethyl cellulose (CMC).
［評価結果２］
実施例８では、リチウム化合物として、水分率５％以下の水酸化リチウム（無水水酸化リチウム）を用いて成形体を成形しており、２．１時間の焼成時間で、溶出リチウム量が非常に低減され、リチウム席占有率が高く、かつ、電池効率に優れる正極活物質が得られた。よって、無水水酸化リチウムを用いる場合、焼成効率が非常に向上することが示された。
[Evaluation result 2]
In Example 8, a molded body was formed using lithium hydroxide (anhydrous lithium hydroxide) having a moisture content of 5% or less as the lithium compound, and the amount of eluted lithium was very high after 2.1 hours of baking. Thus, a positive electrode active material having a reduced lithium site occupancy rate, a high lithium site occupancy, and excellent battery efficiency was obtained. Therefore, it was shown that the sintering efficiency is greatly improved when anhydrous lithium hydroxide is used.
また、実施例９、１０では、リチウム化合物として炭酸リチウムを用いて成形体を成形しており、１０時間未満の焼成時間で、溶出リチウム量が少なく、高いリチウム席占有率を有し、かつ、高い電池効率を有することが示された。よって、水酸化リチウムと比較して、コストに優れるものの、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物を得ることが難しい炭酸リチウムを用いた場合においても、高い結晶性を有するリチウムニッケル複合酸化物が得られることが示された。 Further, in Examples 9 and 10, lithium carbonate was used as a lithium compound to form a molded body, and the amount of eluted lithium was small, the lithium site occupancy was high, and the sintering time was less than 10 hours. It was shown to have high cell efficiency. Therefore, even when using lithium carbonate, which is more cost-effective than lithium hydroxide but difficult to obtain a lithium-nickel composite oxide having high crystallinity, a lithium-nickel composite oxide having high crystallinity can be obtained. was shown to be obtained.
また、Ｌｉ／Ｍｅ比が０．９５以上１．３０以下である実施例１１、実施例１２では、溶出リチウム量が低減され、かつ、電池効率に優れる正極活物質が得られることが示された。一方、Ｌｉ／Ｍｅ比が０．９５未満である比較例４では、リチウム席占有率が低く、電池効率も低かった。また、Ｌｉ／Ｍｅ比が１．３０超の比較例５では、得られた正極活物質の溶出リチウム量が多く、電池効率も低かった。 In addition, in Examples 11 and 12 in which the Li/Me ratio was 0.95 or more and 1.30 or less, it was shown that the amount of eluted lithium was reduced and a positive electrode active material with excellent battery efficiency was obtained. . On the other hand, in Comparative Example 4 in which the Li/Me ratio was less than 0.95, the lithium site occupancy was low and the battery efficiency was low. In addition, in Comparative Example 5 in which the Li/Me ratio exceeded 1.30, the amount of eluted lithium in the obtained positive electrode active material was large, and the battery efficiency was low.
次に、実施例７等と比較して、主にニッケル複合水酸化物の組成などが異なる実施例、及び、仮焼工程を追加した実施例について、以下に説明する。 Next, an example in which the composition of the nickel composite hydroxide is mainly different from that of Example 7, etc., and an example in which a calcination step is added will be described below.
［実施例１６～２３］
表３に示す製造条件とした以外は、実施例７と同様の条件で成形体（集合体）及び正極活物質を得るとともに、成形体及び正極活物質を評価した。
[Examples 16 to 23]
A molded body (aggregate) and a positive electrode active material were obtained under the same conditions as in Example 7, except that the manufacturing conditions shown in Table 3 were used, and the molded body and the positive electrode active material were evaluated.
なお、実施例１３、１５、１７、及び、２３では、表３に示すように、バインダーを含むリチウム混合物を用いた。バインダーの含有量は、実施例１３、１５、１７では、実施例９と同様であり、実施例２３では、実施例１０と同様である。 In addition, in Examples 13, 15, 17, and 23, as shown in Table 3, a lithium mixture containing a binder was used. The binder content in Examples 13, 15 and 17 is the same as in Example 9, and in Example 23 is the same as in Example 10.
また、実施例２１～２３では、焼成前に、それぞれ、大気雰囲気下で、２５０℃（８時間）、５００℃（４時間）、８００℃（１時間）の条件で仮焼を行った。製造条件、及び、得られた正極活物質の評価結果を表３に示す。 Further, in Examples 21 to 23, calcination was performed under the conditions of 250° C. (8 hours), 500° C. (4 hours), and 800° C. (1 hour) in an air atmosphere before firing. Table 3 shows the production conditions and the evaluation results of the obtained positive electrode active material.
［評価結果３］
実施例１３～２０では、ニッケルの含有量が５５原子％～９０原子％の範囲であり、１０時間未満の焼成時間で、溶出リチウム量が少なく、高いリチウム席占有率を有し、かつ、高い電池効率を有することが示された。
[Evaluation result 3]
In Examples 13 to 20, the nickel content is in the range of 55 atomic % to 90 atomic %, the amount of eluted lithium is small, the lithium site occupancy is high, and the sintering time is less than 10 hours. It was shown to have battery efficiency.
また、焼成前に、仮焼を行った実施例２１～２３では、溶出リチウム量が非常に低減され高い、リチウム席占有率を有し、かつ、電池効率に優れる正極活物質が得られることが示された。 In addition, in Examples 21 to 23 in which calcination was performed before firing, the amount of eluted lithium was greatly reduced, and it was found that a positive electrode active material having a high lithium site occupancy and excellent battery efficiency was obtained. shown.
以上から、本実実施形態に係る製造方法により得られた正極活物質では、焼成工程において、成形体（リチウム混合物）中の前駆体とリチウム化合物との焼結反応が非常に効率よく進行するため、短時間の焼成でも、結晶性が高く、電池特性に優れた正極活物質が得られることが明らかである。 As described above, in the positive electrode active material obtained by the production method according to the present embodiment, the sintering reaction between the precursor and the lithium compound in the compact (lithium mixture) proceeds very efficiently in the firing step. , it is clear that a positive electrode active material with high crystallinity and excellent battery characteristics can be obtained even by calcination for a short period of time.
なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。 It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the aspects described in the above embodiments and the like. One or more of the requirements described in the above embodiments and the like may be omitted. Also, the requirements described in the above-described embodiments and the like can be combined as appropriate. In addition, as long as it is permitted by laws and regulations, the disclosure of all the documents cited in the above-described embodiments and the like is used as part of the description of the text.
１…焼成炉内
２…容器
１０…リチウム混合物（粉体）
２０…成形体
３０…集合体
ＣＢＡ…コイン型電 池
ＮＣ…負極缶
ＮＥ…負極
ＰＣ…正極缶
ＰＥ…正極
ＳＥ…セパレータ
ＧＡ…ガスケット
ＷＷ…ウェーブワッシャー
1... Inside the firing
20... Molded
Claims (15)
ニッケル複合水酸化物、及び、ニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、リチウム化合物と、を含むリチウム混合物を得ることと、
前記リチウム混合物を成形して、厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ３以上の成形体を得ることと、
前記成形体を、酸化性雰囲気下、７３０℃以上９３０℃以下、１０時間未満で焼成して、リチウムニッケル複合酸化物を得ることと、を備える、
非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 Lithium (Li), Nickel (Ni), Cobalt (Co) and optionally other metals (M), wherein the molar ratio of each metal element is Li:Ni:Co:M=s:(1-x- y): x: y (where 0.95 ≤ s ≤ 1.30, 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0.40, and 0.55 ≤ (1-xy) ≤ 1 .0, and M is at least one element selected from Mn, V, Mo, Nb, Ti, Zr, W and Al. A method for producing a positive electrode active material for a next battery, comprising:
obtaining a lithium mixture comprising at least one of a nickel composite hydroxide and a nickel composite oxide and a lithium compound;
molding the lithium mixture to obtain a molded body having a thickness of 1 mm or more and 30 mm or less, a major diameter of 1 mm or more and less than 30 mm, and a density of 1.6 g/cm 3 or more;
sintering the compact in an oxidizing atmosphere at 730° C. or higher and 930° C. or lower for less than 10 hours to obtain a lithium-nickel composite oxide;
A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記集合体を前記焼成炉内に配置することは、複数の前記成形体を前記集合体内部に雰囲気ガスが通過するように積み重ねることを含む、請求項１に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 sintering after arranging an aggregate composed of a plurality of said compacts in a sintering furnace;
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein placing the assembly in the firing furnace includes stacking a plurality of the compacts so that atmospheric gas passes through the interior of the assembly. A method for producing a positive electrode active material.
厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ ３ 以上であり、
非水系電解質二次電池用正極活物質の製造に用いられる、成形体。 Nickel (Ni), Cobalt (Co), and optionally other metals (M), wherein the molar ratio of each element is Ni:Co:M=(1-xy):x:y, where , 0≦x≦0.40, 0≦y≦0.40, and 0.55≦(1-xy)≦1.0, and M is Mn, V, Mo, Nb, Ti, at least one element selected from Zr, W and Al.
a thickness of 1 mm or more and 30 mm or less, a major diameter of 1 mm or more and less than 30 mm, and a density of 1.6 g/cm 3 or more;
A molded body used for manufacturing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ Thickness 1 mm or more and 30 mm or less, length 1 mm or more and less than 30 mm, density 1.6 g/cm ２2 以上であり、and
非水系電解質二次電池用正極活物質の製造に用いられる、成形体。 A molded body used for manufacturing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記成形体は、リチウム化合物と、Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍ＝（１－ｘ－ｙ）：ｘ：ｙ（ただし、０≦ｘ≦０．４０、０≦ｙ≦０．４０、かつ、０．５５≦（１－ｘ－ｙ）≦１．０であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素である。）で表される、ニッケル複合水酸化物、及び、ニッケル複合酸化物の少なくとも一方と、を含み、
前記成形体は、厚さ１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長径１ｍｍ以上３０ｍｍ未満、密度１．６ｇ／ｃｍ２以上であり、
非水系電解質二次電池用正極活物質の前駆体に用いられる、集合体。 An assembly formed by randomly stacking a plurality of the molded bodies according to claim 12 or 13 ,
The molded body includes a lithium compound, Ni: Co: M = (1-xy): x: y (where 0 ≤ x ≤ 0.40, 0 ≤ y ≤ 0.40, and 0.55 ≤ (1-xy) ≤ 1.0, and M is at least one element selected from Mn, V, Mo, Nb, Ti, Zr, W and Al. At least one of a nickel composite hydroxide and a nickel composite oxide,
The compact has a thickness of 1 mm or more and 30 mm or less, a major diameter of 1 mm or more and less than 30 mm, and a density of 1.6 g/cm 2 or more,
An assembly used as a precursor of a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の製造方法で得られた非水系電解質二次電池用正極活物質を用いて、正極を製造すること、を備える、非水系電解質二次電池の製造方法。 A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising manufacturing a positive electrode using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 11. manufacturing method.
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| JP2002020124A (en) | 2000-06-30 | 2002-01-23 | Dowa Mining Co Ltd | Method for producing lithium double oxide and positive pole active material |
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| JP2002020124A (en) | 2000-06-30 | 2002-01-23 | Dowa Mining Co Ltd | Method for producing lithium double oxide and positive pole active material |
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