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JP7197825B2 - Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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JP7197825B2 JP2018079475A JP2018079475A JP7197825B2 JP 7197825 B2 JP7197825 B2 JP 7197825B2 JP 2018079475 A JP2018079475 A JP 2018079475A JP 2018079475 A JP2018079475 A JP 2018079475A JP 7197825 B2 JP7197825 B2 JP 7197825B2
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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とその製造方法、および非水系電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、スマートフォンやタブレットPCなどの携帯情報機器の普及に伴い、高いエネルギー密度や耐久性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、電動工具やハイブリット自動車をはじめとする電気自動車用の二次電池として高出力の二次電池の開発が強く望まれている。
このような要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池などの非水系電解質二次電池がある。
In recent years, with the spread of mobile information devices such as smart phones and tablet PCs, there is a strong demand for the development of small, lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries with high energy density and durability. In addition, there is a strong demand for the development of high-power secondary batteries for electric vehicles such as power tools and hybrid vehicles.
Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are available as secondary batteries that satisfy such requirements.

この非水系電解質二次電池は、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として、充放電に伴いリチウムを脱離および挿入することが可能な材料が用いられている。非水系電解質二次電池については、現在も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構造のリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質に用いた非水系電解質二次電池は、4V級の高い充放電電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する二次電池への実用化が進んでいる。 This non-aqueous electrolyte secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and a material capable of desorbing and intercalating lithium during charging and discharging is used as an active material for the negative electrode and the positive electrode. Non-aqueous electrolyte secondary batteries are still being actively researched and developed. Since the battery can obtain a high charging/discharging voltage of the 4V class, secondary batteries having high energy density are being put to practical use.

リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、現在、合成が比較的容易なリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウム・ニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、マンガンを用いたリチウム・マンガン複合酸化物(LiMn)、リチウム・ニッケル・マンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)などのリチウム遷移金属複合酸化物が実用化されている。 Currently, lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, and lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 ), which uses nickel, which is cheaper than cobalt, are currently used as positive electrode active materials for lithium-ion secondary batteries. ), 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 ), lithium-nickel- Lithium transition metal composite oxides such as manganese composite oxides (LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 ) have been put to practical use.

近年、前記正極活物質中でも熱安定性に優れ、かつ、高容量であるリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)が注目されている。リチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物は、リチウム・コバルト複合酸化物やリチウム・ニッケル複合酸化物などと同じく層状化合物であり、遷移金属サイトにニッケルと、コバルトと、マンガンとを基本的に組成比1:1:1の割合で含む。非水系電解質二次電池として高い性能(高サイクル特性、高容量、高出力)を発現することを目的として、これらのリチウム遷移金属複合酸化物に、タングステン、ニオブ等の金属を添加する技術が提案されている。 In recent years, lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), which has excellent thermal stability and high capacity among the positive electrode active materials, has attracted attention. . Lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxides are layered compounds like lithium-cobalt composite oxides and lithium-nickel composite oxides, and are basically composed of nickel, cobalt, and manganese at transition metal sites. Contained in a ratio of 1:1:1. A technology to add metals such as tungsten and niobium to these lithium-transition metal composite oxides has been proposed with the aim of achieving high performance (high cycle characteristics, high capacity, and high output) as non-aqueous electrolyte secondary batteries. It is

例えば、特許文献1には、一般式:LiNi1-x-y-zCoNb(但し、MはMn、FeおよびAlよりなる群から選ばれる一種以上の元素、1≦a≦1.1、0.1≦x≦0.3、0≦y≦0.1、0.01≦z≦0.05、2≦b≦2.2)で示されるリチウムとニッケルとコバルトと元素Mとニオブと酸素からなる少なくとも一種以上の化合物で構成される組成物からなる非水系二次電池用正極活物質が提案されている。
この提案では、正極活物質粒子の表面近傍または内部に存在するLi-Nb-O系化合物が高い熱安定性を有していることから、高い熱安定性と大きな放電容量を有する正極活物質が得られるとされている。
For example, Patent Document 1 describes a general formula: Li a Ni 1-xy-z Co x My Nb z O b (where M is one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe and Al; 1 ≤ a ≤ 1.1, 0.1 ≤ x ≤ 0.3, 0 ≤ y ≤ 0.1, 0.01 ≤ z ≤ 0.05, 2 ≤ b ≤ 2.2) lithium and nickel There has been proposed a positive electrode active material for non-aqueous secondary batteries comprising a composition comprising at least one compound consisting of , cobalt, the element M, niobium, and oxygen.
In this proposal, since the Li—Nb—O-based compound present near the surface or inside the positive electrode active material particles has high thermal stability, a positive electrode active material having high thermal stability and large discharge capacity is produced. is supposed to be obtained.

また、特許文献2には、ニッケル含有水酸化物とリチウム化合物と平均粒径が0.1~10μmのニオブ化合物とを混合して混合物を得る混合工程と、該混合物を酸化雰囲気中700~840℃で焼成してリチウム遷移金属複合酸化物を得る焼成工程とを含む製造方法、および該製造方法によって得られる、多結晶構造の粒子で構成されたリチウム遷移金属複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、多孔質構造を有し、比表面積が0.9~3.0m/gであり、リチウム以外のアルカリ金属含有量が20質量ppm以下である正極活物質が提案されている。この正極活物質は、高い熱安定性と充放電容量および優れたサイクル特性の実現を可能とするとされている。 Further, Patent Document 2 describes a mixing step of mixing a nickel-containing hydroxide, a lithium compound, and a niobium compound having an average particle size of 0.1 to 10 μm to obtain a mixture, and and a step of calcining to obtain a lithium-transition metal composite oxide by calcining at ℃, and a non-aqueous electrolyte comprising a lithium-transition metal composite oxide composed of particles with a polycrystalline structure obtained by the manufacturing method. A positive electrode active material for a secondary battery, which has a porous structure, a specific surface area of 0.9 to 3.0 m 2 /g, and a content of alkali metals other than lithium of 20 mass ppm or less. is proposed. This positive electrode active material is said to enable realization of high thermal stability, charge/discharge capacity, and excellent cycle characteristics.

また、特許文献3には、ニッケル含有水酸化物のスラリーに、ニオブ塩溶液と酸とを同時に添加して、前記スラリーのpHが25℃基準で7~11の範囲で一定となるように制御し、ニオブ化合物で被覆されたニッケル含有水酸化物を得るニオブ被覆工程と、前記ニオブ化合物で被覆されたニッケル含有水酸化物をリチウム化合物と混合して、混合物を得る混合工程と、前記混合物を酸化雰囲気中700~830℃で焼成し、リチウム遷移金属複合酸化物を得る焼成工程とを含む製造方法、および該製造方法によって得られる、多結晶構造の粒子で構成されたリチウム遷移金属複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、多孔質構造を有し、比表面積が2.0~7.0m/gである正極活物質が提案され、この正極活物質を用いることによって、高い安全性と電池容量および優れたサイクル特性を有する非水系電解質二次電池を得ることができるとされている。 Further, in Patent Document 3, a niobium salt solution and an acid are simultaneously added to a nickel-containing hydroxide slurry, and the pH of the slurry is controlled to be constant in the range of 7 to 11 at 25 ° C. a niobium coating step of obtaining a nickel-containing hydroxide coated with a niobium compound; a mixing step of mixing the nickel-containing hydroxide coated with the niobium compound with a lithium compound to obtain a mixture; and a step of firing in an oxidizing atmosphere at 700 to 830°C to obtain a lithium-transition metal composite oxide, and a lithium-transition metal composite oxide composed of polycrystalline particles obtained by the manufacturing method. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising It is said that a non-aqueous electrolyte secondary battery having high safety, battery capacity, and excellent cycle characteristics can be obtained by using it.

特開2002-151071号公報JP-A-2002-151071 特開2015-122298号公報JP 2015-122298 A 国際公開WO2014/034430号International publication WO2014/034430

前記先行技術による正極活物質は、いずれも高い安全性と耐久性改善を示したものであるが、高い充放電容量や出力特性、エネルギー密度を両立可能なものとは言えない。
本発明は、これら事情を鑑みてなされたものであり、高い安全性と耐久性を維持したままで、高い充放電容量を持ち、出力特性においても改善がみられる正極活物質を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、このような正極活物質を、工業規模の生産において容易に製造することができる方法を提供することを目的とする。
The positive electrode active materials according to the prior art all exhibit high safety and improved durability, but cannot be said to be compatible with high charge/discharge capacity, output characteristics, and energy density.
The present invention has been made in view of these circumstances, and it is an object of the present invention to provide a positive electrode active material that maintains high safety and durability, has high charge-discharge capacity, and has improved output characteristics. It is intended.
Another object of the present invention is to provide a method for easily producing such a positive electrode active material on an industrial scale.

本発明者らは、前記課題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、特定のニッケルとマンガンの物質量比で、特定量のニオブを含むリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物を作製することにより、高い熱安定性と耐久性、充放電容量及び出力特性を有する正極活物質が得られるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明の第1の発明は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成されたリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、そのリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物が、一般式(1):LiNi1-a-b-c1Mna-c2Cob-c3Nb(0.20≦a≦0.50、0.20≦b≦0.60、0.03<c≦0.08、c=c1+c2+c3、1.03≦d≦1.20、(1-a-b-c1)/a≦2)で表され、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物中のニオブが、前記複合酸化物中のニッケル、マンガン、コバルトとそれぞれ置換して前記一次粒子に固溶していることを特徴とする非水系電解質二次電池用活物質である。
In order to solve the above problems, the present inventors have made intensive studies and found that a lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide containing a specific amount of niobium at a specific material amount ratio of nickel and manganese. The present inventors have completed the present invention based on the knowledge that a positive electrode active material having high thermal stability, durability, charge/discharge capacity, and output characteristics can be obtained by producing the positive electrode active material.
That is, a first invention of the present invention is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. Then, the lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide has the general formula (1): Li d Ni 1-ab-c1 Mna -c2 Co b-c3 Nb c O 2 (0.20≦ a≦0.50, 0.20≦b≦0.60, 0.03< c≦0.08, c=c1+c2+c3, 1.03≦d≦1.20, (1-a-b-c1)/ a ≤ 2), and niobium in the lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide replaces nickel, manganese, and cobalt in the composite oxide, respectively, and is dissolved in the primary particles. An active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by:

本発明の第2の発明は、第1の発明における二次粒子の体積平均粒径MVが、5μm以上、20μm以下であることを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質である。 A second aspect of the present invention is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the first aspect, wherein the secondary particles have a volume average particle size MV of 5 μm or more and 20 μm or less.

本発明の第3の発明は、第1及び第2の発明におけるX線回折の(003)面回折ピークの半価幅を用い、Scherrer式により求めた結晶子径において、「前記リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物の結晶子径A」の「ニッケル、マンガン、コバルトの物質量比が等しく且つニオブを含有しないリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物の結晶子径B」に対する結晶子径の変化割合Z(%)が、下記(a)式の関係を有することを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質である。 The third invention of the present invention uses the half-value width of the (003) plane diffraction peak of X-ray diffraction in the first and second inventions, and the crystallite diameter obtained by the Scherrer formula is such that "the lithium nickel The crystallite diameter A of the manganese-cobalt-niobium composite oxide relative to the crystallite diameter B of the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide containing no niobium and having the same material ratio of nickel, manganese, and cobalt. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein a rate of change Z (%) in child diameter satisfies the relationship of the following formula (a).

Figure 0007197825000001
Figure 0007197825000001

本発明の第4の発明は、一般式(1):LiNi1-a-b-c1Mna-c2Cob-c3Nb(0.20≦a≦0.50、0.20≦b≦0.60、0.03<c≦0.08、c=c1+c2+c3、1.03≦d≦1.20、(1-a-b-c1)/a≦2)で表され、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成され、ニオブが前記複合酸化物中のニッケル、マンガン、コバルトとそれぞれ置換して前記一次粒子に固溶している、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物からなる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、一般式(2):Ni1-a-bMnCo(OH)2+α(0.20≦a≦0.50、0.20≦b≦0.60、0≦α≦0.4)で表されるニッケル・マンガン・コバルト複合水酸化物粒子と、ニオブ化合物と、リチウム化合物からなる混合物を調製する混合工程と、その混合物を、酸化性雰囲気中、850℃以上、1000℃以下で、5時間以上、10時間以下焼成して、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物を得る焼成工程とを含むことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法である。 A fourth aspect of the present invention is the general formula (1): Li d Ni 1-a-b-c1 Mna -c2 Co b-c3 Nb c O 2 (0.20≦a≦0.50, 0.20≦a≦0.50; 20 ≤ b ≤ 0.60, 0.03 < c ≤ 0.08, c = c1 + c2 + c3, 1.03 ≤ d ≤ 1.20, (1-ab-c1) / a ≤ 2), Lithium-nickel-manganese-cobalt, which is composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and niobium replaces nickel, manganese, and cobalt in the composite oxide, respectively, and is solid-solved in the primary particles. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery made of a niobium composite oxide, wherein the general formula (2): Ni 1-ab Mna Co b ( OH) 2+α (0.20≦a≦ 0.50, 0.20≦b≦0.60, 0≦α≦0.4), a niobium compound, and a lithium compound. a mixing step, and a firing step of obtaining a lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide by firing the mixture at 850° C. or higher and 1000° C. or lower in an oxidizing atmosphere for 5 hours or longer and 10 hours or shorter. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising:

本発明の第5の発明は、第4の発明におけるニオブ化合物の体積平均粒径MVが、0.01μm以上、10μm以下であることを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法である。 A fifth aspect of the present invention is the manufacturing of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the volume average particle diameter MV of the niobium compound in the fourth aspect is 0.01 μm or more and 10 μm or less. The method.

本発明の第6の発明は、第4及び第5の発明におけるX線回折の(003)面回折ピークの半価幅を用い、Scherrer式により求めた結晶子径において、「前記リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物の結晶子径A」の「ニッケル、マンガン、コバルトの物質量比が等しく且つニオブを含有しないリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物の結晶子径B」に対する結晶子径の変化割合Z(%)が、下記(b)式の関係を有することを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法である。 The sixth invention of the present invention uses the half-value width of the (003) plane diffraction peak of X-ray diffraction in the fourth and fifth inventions, and the crystallite diameter obtained by Scherrer's formula is such that "the lithium nickel The crystallite diameter A of the manganese-cobalt-niobium composite oxide relative to the crystallite diameter B of the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide containing no niobium and having the same material ratio of nickel, manganese, and cobalt. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that the rate of change Z (%) in child diameter satisfies the relationship of the following formula (b).

Figure 0007197825000002
Figure 0007197825000002

本発明の第7の発明は、第1から第3の発明のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質を含む正極を有することを特徴とする非水系電解質二次電池である。 A seventh invention of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode containing the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of the first to third inventions. .

本発明の非水電解質二次電池用正極活物質を正極に用いることにより、高い熱安定性と耐久性、高い充放電容量及び出力特性を有するリチウムイオン二次電池が得られる。また、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、工業的規模の生産においても容易に実施することが可能であり、工業的価値はきわめて高いものといえる。 By using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention for the positive electrode, a lithium ion secondary battery having high thermal stability and durability, high charge/discharge capacity and output characteristics can be obtained. Moreover, the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be easily implemented even in industrial-scale production, and can be said to be of extremely high industrial value.

電池評価に使用したコイン型電池10の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a coin-type battery 10 used for battery evaluation; FIG.

以下、本実施形態について、(1)非水系電解質二次電池用正極活物質と(2)その製造方法、さらに本発明に係る正極活物質を用いた、(3)非水系電解質二次電池について説明する。 Hereinafter, about the present embodiment, (1) a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, (2) a method for producing the same, and (3) a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material according to the present invention explain.

(1)非水系電解質二次電池用正極活物質
本実施形態に係る非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質」という。)は、多結晶構造の粒子で構成され、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成されたリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物(以下、「リチウム遷移金属複合酸化物」と記す。)からなる。又、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、一般式(1):LiNi1-a-b-c1Mna-c2Cob-c3Nb(0.20≦a≦0.50、0.2≦b≦0.60、0.03<c≦0.08、c=c1+c2+c3、1.03≦d≦1.20、(1-a-b-c)/a≦2)で表され、ニオブ(Nb)が前記複合酸化物中のニッケル、マンガン、コバルトとそれぞれ置換して一次粒子に固溶している。
本実施形態の正極活物質は、ニオブを特定量含み、そのニオブが一次粒子に固溶しているリチウム遷移金属複合酸化物で、この正極活物質を用いた非水系電解質二次電池(以下、「二次電池」という。)は、高い熱安定性と耐久性、高い充放電容量及び出力特性を有する。
(1) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries The positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to the present embodiment (hereinafter referred to as "positive electrode active material") is composed of particles with a polycrystalline structure, It is composed of a lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide (hereinafter referred to as "lithium transition metal composite oxide") composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. Further, the lithium transition metal composite oxide has the general formula (1): Li d Ni 1-ab-c1 Mna -c2 Co b-c3 Nb c O 2 (0.20≦a≦0.50, 0.2 ≤ b ≤ 0.60, 0.03 < c ≤ 0.08, c = c1 + c2 + c3, 1.03 ≤ d ≤ 1.20, (1-a-b-c) / a ≤ 2) Niobium (Nb) replaces nickel, manganese, and cobalt in the composite oxide, respectively, and dissolves in the primary particles.
The positive electrode active material of the present embodiment contains a specific amount of niobium, and the niobium is a lithium transition metal composite oxide in which the niobium is solidly dissolved in the primary particles. A non-aqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material (hereinafter, "Secondary battery") has high thermal stability and durability, high charge/discharge capacity and output characteristics.

この一般式(1)において、Mnの含有量を示すaの範囲は、0.20≦a≦0.50であり、好ましくは0.25≦a≦0.45である。aの値が0.50を超えると、スピネル相やリチウム過剰系の結晶相が生成し層状化合物の単相が得られにくい。また0.20未満になるとNb添加による粒成長促進の効果が得られにくくなり出力特性改善効果が得られない。 In the general formula (1), the range of a indicating the content of Mn is 0.20≦a≦0.50, preferably 0.25≦a≦0.45. When the value of a exceeds 0.50, a spinel phase or a lithium-excess crystalline phase is generated, making it difficult to obtain a single layered compound phase. On the other hand, if it is less than 0.20, it becomes difficult to obtain the effect of promoting grain growth by adding Nb, and the effect of improving output characteristics cannot be obtained.

又、Nbの含有量を示すcの範囲は、0.02≦c≦0.08であり、好ましくは0.03≦c≦0.05で、c=c1+c2+c3(c1はNi、c2はMn、c3はCoとそれぞれ置換する量である)で、0<c1,c2,c3である。
cの範囲が前記範囲である場合、極めて良好な耐久性が得られるとともに、二次電池の正極に用いた際に酸素放出を抑制し、高い熱安定性を得ることができる。cの値が0.02未満である場合、ニオブの一次粒子への固溶量が少なく各種特性改善の効果が得られにくい。また、cの値が0.08を超える場合、ニオブは全てがリチウム遷移金属複合酸化物中に固溶せず、リチウム・ニオブ化合物が生成されるため、電池容量が大幅に低下する。さらに、より高い耐久性と熱安定性を両立させるという観点から、cの範囲は、0.03≦c≦0.05であることがより好ましい。
The range of c, which indicates the content of Nb, is 0.02 ≤ c ≤ 0.08, preferably 0.03 ≤ c ≤ 0.05, where c = c1 + c2 + c3 (c1 is Ni, c2 is Mn, c3 is the amount to be replaced with Co), and 0<c1, c2, c3.
When the range of c is within the above range, extremely good durability can be obtained, and oxygen release can be suppressed when used for the positive electrode of a secondary battery, and high thermal stability can be obtained. If the value of c is less than 0.02, the amount of solid solution in the primary particles of niobium is small, and it is difficult to obtain the effect of improving various properties. Moreover, when the value of c exceeds 0.08, not all niobium is dissolved in the lithium-transition metal composite oxide, and a lithium-niobium compound is produced, resulting in a significant decrease in battery capacity. Furthermore, from the viewpoint of achieving both higher durability and thermal stability, the range of c is more preferably 0.03≦c≦0.05.

本実施形態の正極活物質ではニオブは一次粒子に固溶しており、熱安定性や耐久性の改善効果は、一次粒子へのニオブの固溶によるものと考えられる。さらに、出力特性の改善効果は、ニオブが固溶することによる粒成長促進効果によるものである。ここで、ニオブの固溶とは、例えば、ICP発光分析法により、ニオブが検出され、かつ、走査型透過電子顕微鏡(S-TEM)におけるEDXを用いた一次粒子断面の面分析により、ニオブが一次粒子内に検出される状態をいい、ニオブが一次粒子内の全面にわたって検出されることが好ましい。 In the positive electrode active material of this embodiment, niobium is solid-dissolved in the primary particles, and the effect of improving the thermal stability and durability is considered to be due to the solid-solution of niobium in the primary particles. Furthermore, the effect of improving the output characteristics is due to the effect of promoting grain growth due to solid solution of niobium. Here, the solid solution of niobium means, for example, that niobium is detected by ICP emission spectrometry, and that niobium is detected by surface analysis of the primary particle cross section using EDX in a scanning transmission electron microscope (S-TEM). It refers to a state in which niobium is detected in primary particles, and it is preferable that niobium is detected over the entire surface of the primary particles.

以上のように、本実施形態の正極活物質を用いた二次電池は、ニオブが一次粒子内に固溶することで、充電時に酸素が結晶中から脱離しにくくなり、熱安定性を改善することができる。
又、固溶したニオブは、過充電に伴う結晶相の相転移を抑制する効果があり、このことも熱安定性改善に寄与している。また、結晶相の相転移抑制は、充放電を繰り返す際の正極活物質の劣化抑制にも効果があり二次電池の耐久性改善にも寄与している。
さらに、ニオブ添加による粒成長促進効果により、正極活物質内部の結晶性が向上し、充放電の際のリチウムイオンの移動がしやすくなり、添加しない場合に比べ出力特性も改善されている。
As described above, in the secondary battery using the positive electrode active material of the present embodiment, niobium dissolves in the primary particles, making it difficult for oxygen to escape from the crystal during charging, improving thermal stability. be able to.
In addition, niobium in a solid solution has the effect of suppressing the phase transition of the crystalline phase due to overcharging, which also contributes to the improvement of thermal stability. In addition, the suppression of the phase transition of the crystalline phase is effective in suppressing deterioration of the positive electrode active material during repeated charging and discharging, and contributes to improving the durability of the secondary battery.
Furthermore, the effect of promoting grain growth by adding niobium improves the crystallinity inside the positive electrode active material, making it easier for lithium ions to move during charging and discharging, and the output characteristics are also improved compared to when niobium is not added.

正極活物質粒子の体積平均粒径MVが5μm以上、20μm以下である場合、二次電池の正極に用いた際に、高い出力特性および電池容量と、正極への高い充填性とを両立させることができ、さらに5μm以上、15μm以下であれば、さらなる向上が期待でき、より好ましい。しかしながら、二次粒子の体積平均粒径MVが5μm未満になると、正極への高い充填性が得られないことがあり、体積平均粒径MVが20μmを超えると、高い出力特性や電池容量が得られないことがある。なお、体積平均粒径MVは、例えば、レーザー光回折散乱式粒度分布計により測定される体積積算値から求めることができる。 When the volume average particle diameter MV of the positive electrode active material particles is 5 μm or more and 20 μm or less, when used for the positive electrode of a secondary battery, high output characteristics and battery capacity, and high fillability to the positive electrode are compatible. Further, if the thickness is 5 μm or more and 15 μm or less, further improvement can be expected, which is more preferable. However, when the volume average particle diameter MV of the secondary particles is less than 5 μm, high filling properties into the positive electrode may not be obtained, and when the volume average particle diameter MV exceeds 20 μm, high output characteristics and battery capacity are obtained. may not be The volume-average particle diameter MV can be obtained, for example, from a volume integrated value measured by a laser beam diffraction/scattering particle size distribution analyzer.

リチウム遷移金属複合酸化物の結晶性はX線回折測定によって得られる各回折ピークの半価幅からScherrer式(τ=Kλ/βcosθ、τ:結晶子径(Å)、K:形状因子(通常は0.9)、λ:X線波長(Å)、β:ピーク半価幅(rad)、θ:回折角(rad))によって求められる結晶子径で評価することができる。リチウム遷移金属複合酸化物の結晶子径を求める場合は第一ピークである(003)面ピークを用いて求めることが一般的である。(以下、(003)面回折ピークより求めた結晶子径を(003)結晶子径と記す。) The crystallinity of the lithium transition metal composite oxide is determined by the Scherrer formula (τ = Kλ / β cos θ, τ: crystallite diameter (Å), K: shape factor (usually 0.9), λ: X-ray wavelength (Å), β: peak half width (rad), θ: diffraction angle (rad)). When determining the crystallite size of a lithium-transition metal composite oxide, it is common to use the (003) plane peak, which is the first peak. (Hereinafter, the crystallite diameter determined from the (003) plane diffraction peak is referred to as the (003) crystallite diameter.)

ニオブを添加して製造したリチウム遷移金属複合酸化物の(003)結晶子径Aは、ニッケル:マンガン:コバルト物質量比が同じで、且つニオブを含有しないリチウム遷移金属複合酸化物の(003)結晶子径Bに対する変化割合Zは、下記(c)式で求められ、5%以上、12%以下の関係を有し、その範囲内で大きいことが好ましい。さらに、より好ましいのは、5%以上、10.5%以下の範囲で大きいことである。 The (003) crystallite diameter A of the lithium-transition metal composite oxide produced by adding niobium is the same as the (003) crystallite diameter A of the lithium-transition metal composite oxide containing no niobium and having the same nickel:manganese:cobalt substance amount ratio. The rate of change Z with respect to the crystallite diameter B is determined by the following formula (c) and has a relationship of 5% or more and 12% or less, and is preferably large within that range. Furthermore, more preferably, it is large in the range of 5% or more and 10.5% or less.

Figure 0007197825000003
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結晶子径の変化割合Zの増大が5%未満である場合、ニオブ添加による結晶成長効果が十分とは言えず、目的とする電池特性改善効果が得られない。一方、結晶子径の変化割合Zの増大が10.5%を超えてくると、リチウムサイトへ遷移金属イオンが混入するカチオンミキシングが起こり易くなり、充放電容量が減少してしまうために、変化割合Zの増大は12%以下が好ましく、10.5%以下がより好ましい範囲である。また、一次粒子の顕著な粗大化により正極活物質と電解液の反応場が減り、逆に出力特性の低下を招く可能性がある。
このような結晶子径の変化は、ニッケルとマンガンの物質量比、ニオブ添加量、焼成温度、焼成時間等を調整することにより、前記範囲とすることができる。
If the increase in the crystallite size change rate Z is less than 5%, the crystal growth effect due to the addition of niobium cannot be said to be sufficient, and the desired effect of improving battery characteristics cannot be obtained. On the other hand, when the increase in the crystallite size change rate Z exceeds 10.5%, cation mixing, in which transition metal ions are mixed into the lithium sites, tends to occur, and the charge/discharge capacity decreases. The increase in the ratio Z is preferably 12% or less, more preferably 10.5% or less. In addition, the significant coarsening of the primary particles reduces the reaction field between the positive electrode active material and the electrolytic solution, which may lead to deterioration of the output characteristics.
Such a change in crystallite diameter can be made within the above range by adjusting the substance amount ratio of nickel and manganese, the amount of niobium added, the firing temperature, the firing time, and the like.

(2)非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
本実施形態の製造方法により、一般式(1):LiNi1-a-b-c1Mna-c2Cob-c3Nb(0.20≦a≦0.50、0.2≦b≦0.60、0.03<c≦0.08、c=c1+c2+c3、1.03≦d≦1.20、(1-a-b-c1)/a≦2)で表され、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成され、ニオブが前記複合酸化物中のニッケル、マンガン、コバルトとそれぞれ置換して、一次粒子に固溶しているリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物(以下、「リチウム遷移金属複合酸化物」という。)からなる正極活物質を工業的規模で容易に得ることができる。
(2) Manufacturing method of positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery By the manufacturing method of the present embodiment, general formula (1): Li d Ni 1-ab-c1 Mn a-c2 Co b-c3 Nb c O 2 (0.20≦a≦0.50, 0.2≦b≦0.60, 0.03< c≦0.08, c=c1+c2+c3, 1.03≦d≦1.20, (1− represented by a-b-c1) / a ≤ 2), composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated, and niobium replaces nickel, manganese, and cobalt in the composite oxide, respectively, to form primary particles can be easily obtained on an industrial scale.

本実施形態の製造方法は、特定の組成を有するニッケル・マンガン複合水酸化物粒子と、ニオブ化合物と、リチウム化合物と、を含む混合物を調製する混合工程と、その混合物を酸化性雰囲気中850℃以上、1000℃以下で焼成することによりリチウム遷移金属複合酸化物を得る焼成工程とを含むものである。以下、本実施形態の正極活物質の製造方法について説明する。なお、以下の説明は、製造方法の一例であって、製造方法を限定するものではない。 The production method of the present embodiment includes a mixing step of preparing a mixture containing nickel-manganese composite hydroxide particles having a specific composition, a niobium compound, and a lithium compound, and As described above, it includes a firing step of obtaining a lithium-transition metal composite oxide by firing at 1000° C. or less. A method for manufacturing the positive electrode active material of this embodiment will be described below. In addition, the following description is an example of the manufacturing method, and does not limit the manufacturing method.

(晶析工程)
まず、ニッケル・マンガン・コバルト複合水酸化物粒子(以下、「複合水酸化物粒子」ともいう。)を調製する。この複合水酸化物粒子は、一般式(2):Ni1-a-bMnCo(OH)2+α(0.20≦a≦0.50、0.20≦b≦0.60、0≦α≦0.4)で表される。
複合水酸化粒子中の金属(Ni、Mn、Co)の物質量比は、リチウム遷移金属複合酸化物中でもほぼ維持されるため、各金属(Ni、Mn、Co)の物質量比は、目的とするリチウム遷移金属複合酸化物中の各金属の物質量比と同様の比であることが好ましい。
(Crystallization step)
First, nickel-manganese-cobalt composite hydroxide particles (hereinafter also referred to as "composite hydroxide particles") are prepared. This composite hydroxide particle has a general formula (2): Ni 1-ab Mna Co b ( OH) 2+α (0.20≦a≦0.50, 0.20≦b≦0.60, 0 ≦α≦0.4).
Since the material amount ratio of the metals (Ni, Mn, Co) in the composite hydroxide particles is substantially maintained even in the lithium-transition metal composite oxide, the material amount ratio of each metal (Ni, Mn, Co) does not meet the objective. It is preferable that the ratio is the same as the material amount ratio of each metal in the lithium-transition metal composite oxide.

目的とするリチウム遷移金属複合酸化物の各金属元素の物質量比と同じ物質量比を持つニッケルとマンガン及びコバルトを含む混合水溶液は、例えば、ニッケルとマンガン及びコバルトの硫酸塩溶液、硝酸塩溶液、塩化物溶液を混合して調製することができる。
この混合溶液に中和剤を加え、中和反応により複合水酸化物を得ることができる。
中和剤は、アルカリ水溶液を用いることができ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを用いることができる。
A mixed aqueous solution containing nickel, manganese and cobalt having the same substance quantity ratio as the substance quantity ratio of each metal element in the target lithium-transition metal composite oxide is, for example, a sulfate solution, a nitrate solution, or the like of nickel, manganese and cobalt. Chloride solutions can be prepared by mixing.
A neutralizing agent is added to this mixed solution, and a composite hydroxide can be obtained by a neutralization reaction.
An alkaline aqueous solution can be used as the neutralizing agent, and for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, or the like can be used.

また、中和剤と併せて、錯化剤を混合水溶液に添加することが好ましい。
添加する錯化剤は、反応系内でニッケルイオンやその他遷移金属イオンと結合して可溶性錯体を形成可能なものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができ、例えば、アンモニウムイオン供給体を用いることができる。アンモニウムイオン供給体としては、特に限定されないが、例えば、アンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、フッ化アンモニウムなどを用いることができる。
この錯化剤を添加することにより、反応系内の金属イオンの溶解度を調整し、目的とする物性の複合水酸化物粒子を得ることができる。
Moreover, it is preferable to add a complexing agent to the mixed aqueous solution together with the neutralizing agent.
The complexing agent to be added is not particularly limited as long as it can form a soluble complex by bonding with nickel ions and other transition metal ions in the reaction system, and known ones can be used. A supplier can be used. The ammonium ion donor is not particularly limited, but for example, ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium fluoride and the like can be used.
By adding this complexing agent, the solubility of metal ions in the reaction system can be adjusted, and composite hydroxide particles having desired physical properties can be obtained.

晶析工程においては、反応系内のpHが12を超える場合、得られる複合水酸化物粒子が細かい粒子となり、濾過性も悪くなり、球状粒子が得られないことがある。一方、反応水溶液のpHが10よりも小さい場合、複合水酸化物粒子の生成速度が著しく遅くなり、濾液中に高濃度でニッケルが残留し、得られる複合水酸化物の組成が目的組成からずれて、目的の比率のリチウム遷移金属複合酸化物が得られなくなることがある。 In the crystallization step, when the pH in the reaction system exceeds 12, the obtained composite hydroxide particles become fine particles, filterability is deteriorated, and spherical particles may not be obtained. On the other hand, when the pH of the reaction aqueous solution is lower than 10, the production rate of composite hydroxide particles is significantly slowed, nickel remains in the filtrate at a high concentration, and the composition of the obtained composite hydroxide deviates from the target composition. As a result, the desired ratio of lithium-transition metal composite oxide may not be obtained.

また、アンモニウムイオン供給体(錯化剤)を使用する場合、反応系内の温度は、30℃以上、60℃以下であることが好ましく、かつ、反応水溶液のpHが10以上、13以下(25℃基準)であることが好ましい。 When an ammonium ion donor (complexing agent) is used, the temperature in the reaction system is preferably 30° C. or higher and 60° C. or lower, and the pH of the reaction aqueous solution is 10 or higher and 13 or lower (25 °C standard).

また、反応水溶液中のアンモニア濃度は、3g/L以上、25g/L以下の範囲内で一定値に保持することが好ましい。
アンモニア濃度が3g/L未満である場合、金属イオンの溶解度が小さいため、形状及び粒径が整った複合水酸化物の一次粒子が形成されないことがあると共に、ゲル状析出物が生成しやすいため、得られる複合水酸化物粒子の粒度分布も広がりやすい。
一方、アンモニア濃度が25g/Lを越えると、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎ、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増えて、得られる複合水酸化物粒子の組成のずれなどが起きやすくなる。なお、アンモニア濃度が変動すると、金属イオンの溶解度が変動し、均一な水酸化物粒子が形成されないため、晶析反応中のアンモニア濃度は一定値に保持することが好ましい。例えば、アンモニア濃度は、上限と下限の幅を5g/L程度として所望の濃度に保持することが好ましい。
Further, the ammonia concentration in the reaction aqueous solution is preferably maintained at a constant value within the range of 3 g/L or more and 25 g/L or less.
If the ammonia concentration is less than 3 g/L, the solubility of the metal ions is low, so primary particles of the composite hydroxide with a regular shape and particle size may not be formed, and gel precipitates are likely to form. , the particle size distribution of the obtained composite hydroxide particles tends to be widened.
On the other hand, if the ammonia concentration exceeds 25 g/L, the solubility of metal ions becomes too large, the amount of metal ions remaining in the reaction aqueous solution increases, and the composition of the resulting composite hydroxide particles tends to vary. . If the ammonia concentration fluctuates, the solubility of metal ions fluctuates and uniform hydroxide particles are not formed. Therefore, it is preferable to maintain the ammonia concentration at a constant value during the crystallization reaction. For example, the ammonia concentration is preferably maintained at a desired concentration with a width of about 5 g/L between the upper limit and the lower limit.

さらに、錯化剤を使用しない場合、反応水溶液の温度は、温度(液温)は60℃を越えて80℃以下の範囲とすることが好ましく、かつ、その温度域における反応系内のpHは10以上、12以下(25℃基準)であることが好ましい。
反応系内の温度が60℃を越えると、ニッケルの溶解度が上がり、ニッケルの沈殿量が目的組成からずれ、共沈にならない現象を回避できる。一方、反応水溶液の温度が80℃を越えると、水分の蒸発量が多いためにスラリー濃度(反応水溶液濃度)が高くなり、濾液中に硫酸ナトリウム等の結晶が発生し、不純物濃度が上昇する等、正極活物質の充放電容量が低下する可能性が生じる。
Furthermore, when no complexing agent is used, the temperature of the reaction aqueous solution (liquid temperature) is preferably in the range of 60° C. to 80° C., and the pH in the reaction system in that temperature range is It is preferably 10 or more and 12 or less (at 25°C).
When the temperature in the reaction system exceeds 60° C., the solubility of nickel increases, the amount of precipitated nickel deviates from the target composition, and the phenomenon that coprecipitation does not occur can be avoided. On the other hand, when the temperature of the reaction aqueous solution exceeds 80°C, the slurry concentration (concentration of the reaction aqueous solution) increases due to a large amount of evaporation of water, crystals such as sodium sulfate are generated in the filtrate, and the concentration of impurities increases. , the charge/discharge capacity of the positive electrode active material may decrease.

なお、晶析工程は、バッチ方式による晶析法を用いてもよく、連続晶析法を用いてもよい。
例えば、バッチ方式による晶析法の場合、反応槽内の反応水溶液が定常状態になった後に沈殿物を採取し、濾過、水洗して複合水酸化物粒子を得ることができる。また、連続晶析法の場合、混合水溶液とアルカリ水溶液、場合によってはアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を連続的に供給して反応槽からオーバーフローさせて沈殿物を採取し、濾過、水洗、乾燥して複合水酸化物粒子を得ることができる。
In addition, the crystallization process may use a crystallization method by a batch system, or may use a continuous crystallization method.
For example, in the case of a batch-type crystallization method, after the reaction aqueous solution in the reaction vessel reaches a steady state, the precipitate can be collected, filtered and washed with water to obtain composite hydroxide particles. In the case of the continuous crystallization method, a mixed aqueous solution, an alkaline aqueous solution, and optionally an aqueous solution containing an ammonium ion donor are continuously supplied to overflow the reaction vessel to collect the precipitate, which is then filtered, washed with water, and dried. composite hydroxide particles can be obtained.

(混合工程)
混合工程は、前記で得られた複合水酸化物粒子と、ニオブ化合物と、リチウム化合物とを混合して混合物を得る工程である。
ニオブ化合物としては、ニオブを含む公知の化合物を用いることができ、例えば、ニオブ酸、酸化ニオブ、硝酸ニオブ、五塩化ニオブ、硝酸ニオブなどを用いることができる。これらの中でも、入手のしやすさや、リチウム遷移金属複合酸化物中への不純物の混入を避けるという観点から、ニオブ酸、酸化ニオブ、又は、これらの混合物が好ましい。なお、リチウム遷移金属複合酸化物中に不純物が混入した場合、得られる二次電池の熱安定性や電池容量、サイクル特性の低下を招くことがある。
(Mixing process)
The mixing step is a step of mixing the composite hydroxide particles obtained above, the niobium compound, and the lithium compound to obtain a mixture.
As the niobium compound, known compounds containing niobium can be used, such as niobic acid, niobium oxide, niobium nitrate, niobium pentachloride, and niobium nitrate. Among these, niobic acid, niobium oxide, or a mixture thereof is preferable from the viewpoint of availability and avoiding contamination of the lithium-transition metal composite oxide with impurities. When impurities are mixed in the lithium-transition metal composite oxide, the heat stability, battery capacity, and cycle characteristics of the obtained secondary battery may be deteriorated.

また、ニオブ化合物は、粒子(固相)で混合されることが好ましい。
ニオブを固相添加する場合、ニオブ化合物の粒径により、後の焼成工程における、ニオブ化合物の反応性が変化するため、用いるニオブ化合物の粒径は重要な製造条件の一つとなる。ニオブ化合物の平均粒径は、好ましくは0.01μm以上、10μm以下であり、より好ましくは0.05μm以上、3.0μm以下であり、さらに好ましくは0.08μm以上、1.0μm以下である。
Also, the niobium compound is preferably mixed in particles (solid phase).
When niobium is added in a solid phase, the particle size of the niobium compound changes the reactivity of the niobium compound in the subsequent firing step, so the particle size of the niobium compound used is one of the important manufacturing conditions. The average particle size of the niobium compound is preferably 0.01 μm or more and 10 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 3.0 μm or less, and still more preferably 0.08 μm or more and 1.0 μm or less.

平均粒径が0.01μmより小さい場合、粉末の取り扱いが非常に困難になるという問題や、混合工程及び焼成工程において、ニオブ化合物が飛散し、焼成後のリチウム遷移金属複合酸化物のニオブ量が目的量とならない問題が生じることがある。一方で、平均粒径が10μmより大きい場合、焼成時のリチウム遷移金属複合酸化物へのニオブ固溶が不十分となり、十分な二次電池特性改善効果を得ることができないことがある。なお、平均粒径としては、体積平均粒径MVを用いることができ、例えば、レーザー光回折散乱式粒度分布計により測定される体積積算値から求めることができる。 If the average particle size is less than 0.01 μm, there is a problem that the handling of the powder becomes very difficult, and the niobium compound scatters during the mixing process and the firing process, and the amount of niobium in the lithium-transition metal composite oxide after firing decreases. A problem that does not reach the target amount may occur. On the other hand, if the average particle size is more than 10 μm, solid solution of niobium in the lithium-transition metal composite oxide during firing may be insufficient, and a sufficient effect of improving secondary battery characteristics may not be obtained. As the average particle diameter, a volume average particle diameter MV can be used, and for example, it can be obtained from a volume integrated value measured by a laser light diffraction/scattering particle size distribution analyzer.

このようなニオブ化合物は、予め、ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル・ナノジェットミル、ビーズミル、ピンミルなど各種粉砕機を用いて、前記範囲の粒径となるように粉砕してもよい。また、ニオブ化合物は、必要に応じて、乾式分級機や篩がけにより分級してもよい。例えば、風力分級機により0.01μm以下の粒子のみを得ることができる。 Such a niobium compound may be pulverized in advance using various pulverizers such as a ball mill, a planetary ball mill, a jet mill/nano jet mill, a bead mill, and a pin mill so as to have a particle size within the above range. Moreover, the niobium compound may be classified by a dry classifier or sieving, if necessary. For example, only particles smaller than 0.01 μm can be obtained with a wind classifier.

リチウム化合物は、特に限定されず、リチウムを含む公知の化合物を用いることができる。例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、又は、これらの混合物などが用いられる。これらの中でも、残留不純物の影響が少なく、焼成温度以下で溶解するという点から、炭酸リチウム、水酸化リチウム、又は、これらの混合物が好ましい。 The lithium compound is not particularly limited, and known compounds containing lithium can be used. For example, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, or mixtures thereof are used. Among these, lithium carbonate, lithium hydroxide, or a mixture thereof is preferable because it is less affected by residual impurities and melts at a temperature equal to or lower than the firing temperature.

複合水酸化物粒子とリチウム化合物とニオブ化合物との混合方法は、特に限定されず、複合水酸化物粒子等の粒子形状が破壊されない程度で、複合水酸化物粒子とリチウム化合物とニオブ化合物とが十分に混合されればよい。
混合方法としては、例えば、一般的な混合機を使用して混合することができ、例えばシェーカーミキサーやレーディゲミキサー、ジュリアミキサー、Vブレンダーなどを用いて混合することができる。なお、この混合物は、後述する焼成工程の前に十分混合しておくことが好ましく、混合が十分でない場合、正極活物質の個々の粒子間でLiとLi以外の遷移金属元素Meとの比(Li/Me)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ことがある。
The method of mixing the composite hydroxide particles, the lithium compound, and the niobium compound is not particularly limited, and the composite hydroxide particles, the lithium compound, and the niobium compound are mixed to the extent that the particle shape of the composite hydroxide particles, etc. is not destroyed. It should be well mixed.
As a mixing method, for example, a common mixer can be used for mixing, for example, a shaker mixer, Loedige mixer, Julia mixer, V blender, or the like can be used. It is preferable that this mixture is sufficiently mixed before the firing step described later. If the mixture is not sufficiently mixed, the ratio of Li to the transition metal element Me other than Li ( Li/Me) may vary, causing problems such as insufficient battery characteristics.

リチウム化合物は、リチウム・ニオブ混合物中のLi/Meが、1.03以上、1.20以下となる量で混合され、混合物におけるLi/Meが目的とする正極活物質のLi/Meと同じになるように調製される。これは、焼成工程後に得られるリチウム遷移金属複合酸化物のLi/Meが、ほぼ混合物のLi/Meに等しくなるためである。また、ニオブ化合物は、混合物中のニオブ含有量が、混合物中のLi以外の金属元素(Ni、Mn、Co、Nb)の合計に対して、0.03at%以上、3at%以下となるように混合される。 The lithium compound is mixed in an amount such that Li/Me in the lithium-niobium mixture is 1.03 or more and 1.20 or less, and Li/Me in the mixture is the same as Li/Me of the desired positive electrode active material. prepared to be This is because Li/Me in the lithium-transition metal composite oxide obtained after the firing step is approximately equal to Li/Me in the mixture. Further, the niobium compound is such that the niobium content in the mixture is 0.03 at% or more and 3 at% or less with respect to the total of metal elements (Ni, Mn, Co, Nb) other than Li in the mixture. mixed.

(焼成工程)
焼成工程は、混合物を酸化雰囲気中850℃以上、1000℃以下で焼成する工程である。
混合物を焼成すると、複合水酸化物粒子にリチウム化合物中のリチウムが拡散するので、多結晶構造の粒子からなるリチウム遷移金属複合酸化物が形成される。リチウム化合物は、焼成時の温度で溶融し、複合水酸化物粒子内に浸透してリチウム遷移金属複合酸化物を形成する。この際、ニオブ化合物は溶融したリチウム化合物とともに二次粒子内部まで浸透する。また一次粒子内にも結晶粒界などがあれば浸透する。浸透することで一次粒子内部におけるニオブの拡散が促進され、ニオブが一次粒子内で均一に固溶する。
(Baking process)
The firing step is a step of firing the mixture at 850° C. or higher and 1000° C. or lower in an oxidizing atmosphere.
When the mixture is calcined, lithium in the lithium compound diffuses into the composite hydroxide particles, forming a lithium-transition metal composite oxide composed of particles with a polycrystalline structure. The lithium compound melts at the firing temperature and penetrates into the composite hydroxide particles to form a lithium transition metal composite oxide. At this time, the niobium compound penetrates into the secondary particles together with the molten lithium compound. In addition, if there is a crystal grain boundary or the like in the primary particles, it penetrates. The permeation promotes the diffusion of niobium inside the primary particles, and the niobium uniformly dissolves in the primary particles.

焼成温度は、酸化性雰囲気中850℃以上、1000℃以下である。焼成温度が850℃未満である場合、ニッケル・マンガン複合水酸化物粒子中へのリチウムおよびニオブの拡散が十分に行われなくなり、結晶構造が十分整わなくなったりして、十分な電池特性が得られないという問題が生じる。また、焼成温度が1000℃を超えると、形成されたリチウム遷移金属複合酸化物粒子間で激しく焼結が生じるとともに、異常粒成長を生じる可能性がある。異常粒成長が生じると、焼成後の粒子が粗大となってしまい粒子形態を保持できなくなる可能性があり、正極活物質を形成したときに、比表面積が低下して正極の抵抗が上昇して電池容量が低下するという問題が生じる。 The firing temperature is 850° C. or higher and 1000° C. or lower in an oxidizing atmosphere. If the firing temperature is less than 850° C., the diffusion of lithium and niobium into the nickel-manganese composite hydroxide particles is insufficient, and the crystal structure is not sufficiently arranged, resulting in insufficient battery characteristics. The problem arises that there is no Further, if the firing temperature exceeds 1000° C., intense sintering may occur between the formed lithium-transition metal composite oxide particles, and abnormal grain growth may occur. If abnormal grain growth occurs, the particles after firing may become coarse and may not be able to maintain the particle shape, and when the positive electrode active material is formed, the specific surface area decreases and the resistance of the positive electrode increases. A problem arises that the battery capacity decreases.

焼成時間は、少なくとも3時間以上とすることが好ましく、より好ましくは、6時間以上、24時間以下である。焼成時間が3時間未満である場合、リチウム遷移金属複合酸化物の生成が十分に行われないことがある。 The firing time is preferably at least 3 hours or longer, more preferably 6 hours or longer and 24 hours or shorter. If the firing time is less than 3 hours, the lithium-transition metal composite oxide may not be produced sufficiently.

さらに、焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とし、特に、酸素濃度が20~100容量%の雰囲気とすることがより好ましい。すなわち、焼成は、大気ないしは酸素気流中あるいはその混合ガス中で行うことが好ましい。
これは、酸素濃度が20容量%未満であると、十分に酸化できず、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶性が十分でない状態になる可能性があるからである。特に電池特性を考慮すると、酸素気流中で行うことが好ましい。
Furthermore, the atmosphere during firing is preferably an oxidizing atmosphere, particularly an atmosphere with an oxygen concentration of 20 to 100% by volume. That is, the calcination is preferably carried out in the air, in an oxygen stream, or in a mixed gas thereof.
This is because if the oxygen concentration is less than 20% by volume, the lithium-transition metal composite oxide may not be sufficiently oxidized and the crystallinity of the lithium-transition metal composite oxide may be insufficient. In particular, considering battery characteristics, it is preferable to carry out in an oxygen stream.

また、焼成炉は、特に限定されず、大気又は酸素気流中でリチウム・ニオブ混合物を焼成できるものであればよいが、ガス発生がない電気炉を用いることが好ましく、バッチ式又は連続式の炉のいずれも用いることができる。 In addition, the firing furnace is not particularly limited as long as it can fire the lithium-niobium mixture in the air or in an oxygen stream, but it is preferable to use an electric furnace that does not generate gas, and a batch or continuous furnace. can be used.

焼成によって得られたリチウム遷移金属複合酸化物は、二次粒子同士が強固に焼結したものではないが、弱い焼結や凝集により粗大粒子を形成していることがある。このような場合には、解砕により前記焼結や凝集を解消して粒度分布を調整することができる。 The lithium-transition metal composite oxide obtained by firing is not strongly sintered secondary particles, but may form coarse particles due to weak sintering or agglomeration. In such a case, the sintering and agglomeration can be eliminated by pulverization to adjust the particle size distribution.

(3)非水系電解質二次電池
本発明の非水系電解質二次電池(以下、「二次電池」ともいう。)は、上述の正極活物質を正極に用いる。以下、本実施形態の二次電池の一例について、構成要素ごとにそれぞれ説明する。
本発明二次電池は、正極、負極及び非水電解液を含み、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素から構成される。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、非水系電解質二次電池は、下記実施形態をはじめとして、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、二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
(3) Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention (hereinafter also referred to as "secondary battery") uses the positive electrode active material described above for the positive electrode. An example of the secondary battery of the present embodiment will be described below for each component.
The secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and is composed of components similar to those of a general lithium ion secondary battery. It should be noted that the embodiments described below are merely examples, and the non-aqueous electrolyte secondary battery can be implemented in various modified and improved forms based on the knowledge of those skilled in the art, including the following embodiments. can. Moreover, the secondary battery is not particularly limited in its application.

(正極)
前記の正極活物質を用いて、二次電池の正極を作製する。以下に正極の製造方法の一例を説明する。まず、前記の正極活物質(粉末状)、導電材および結着剤(バインダー)を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。
正極合材中のそれぞれの材料の混合比は、リチウム二次電池の性能を決定する要素となるため、用途に応じて、調整することができる。材料の混合比は、公知のリチウム二次電池の正極と同様とすることができ、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%とした場合、正極活物質を60~95質量%、導電材を1~20質量%、結着剤を1~20質量%含有することができる。
(positive electrode)
A positive electrode of a secondary battery is produced using the above positive electrode active material. An example of the method for producing the positive electrode will be described below. First, the positive electrode active material (powder), conductive material, and binder are mixed, and if necessary, activated carbon and a solvent for viscosity adjustment are added, and the mixture is kneaded to form a positive electrode. Prepare a mixture paste.
Since the mixing ratio of each material in the positive electrode mixture is a factor that determines the performance of the lithium secondary battery, it can be adjusted according to the application. The mixture ratio of the materials can be the same as that of the positive electrode of a known lithium secondary battery. It can contain up to 95% by mass, 1 to 20% by mass of the conductive material, and 1 to 20% by mass of the binder.

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、シート状の正極が作製される。必要に応じ、電極密度を高めるべくロールプレス等により加圧することもある。このようにして得られたシート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等し、電池の作製に供することができる。ただし、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることなく、他の方法に依ってもよい。 The obtained positive electrode mixture paste is applied, for example, to the surface of a current collector made of aluminum foil, dried to scatter the solvent, and a sheet-like positive electrode is produced. If necessary, pressure may be applied by a roll press or the like in order to increase the electrode density. The sheet-shaped positive electrode thus obtained can be cut into a size suitable for the intended battery, and used for the manufacture of the battery. However, the method for producing the positive electrode is not limited to the above examples, and other methods may be used.

導電材としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などを用いることができる。
結着剤(バインダー)としては、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、セルロース系樹脂およびポリアクリル酸などを用いることができる。
必要に応じ、正極活物質、導電材および活性炭を分散させて、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加する。溶剤としては、具体的には、N-メチル-2-ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することができる。
Examples of conductive materials 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.
The binding agent (binder) plays a role of binding the active material particles, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, and cellulose. Resin, polyacrylic acid, and the like can be used.
If necessary, the positive electrode active material, the conductive material and the activated carbon are dispersed, and a solvent that dissolves the binder is added to the positive electrode mixture. As the solvent, specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used. In addition, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

(負極)
負極は、金属リチウム、リチウム合金等を用いることができる。また、負極は、リチウムイオンを吸蔵・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、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 can be used for the negative electrode. In addition, the negative electrode is prepared by mixing a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions with a binder, adding an appropriate solvent to make a paste, and applying the negative electrode mixture to the surface of a metal foil current collector such as copper. It may be applied, dried, and compressed to increase the electrode density as necessary.

負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体、およびコークスなどの炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、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-ピロリドンなど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. In this case, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the binder for the negative electrode in the same manner as the binder for the positive electrode. Solvents can be used.

(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、公知のものを用いることができ、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微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 a known one can be used. For example, a thin film such as polyethylene or polypropylene having a large number of fine pores can be used. can.

(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およびトリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート、さらに、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランおよびジメトキシエタンなどのエーテル化合物、エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などから選ばれる1種を単独、又は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. can be done.

支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO、およびそれらの複合塩など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など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 , composite salts thereof, and the like can be used. Furthermore, the non-aqueous electrolytic solution may contain radical scavengers, surfactants, flame retardants, and the like.

(二次電池の形状、構成)
以上のように説明してきた正極、負極、セパレータおよび非水系電解液で構成される本発明の非水系電解質二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。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、集電用リードなどを用いて接続し、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。
(Shape and configuration of secondary battery)
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, which is composed of the positive electrode, negative electrode, separator and non-aqueous electrolytic solution described above, can have various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape. 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. .

(二次電池の特性)
本発明の正極活物質は、これまで述べてきたような工業的な製造方法により得ることができ、その正極活物質を用いた本発明に係る二次電池は、高い熱安定性と出力特性が両立できることから、常に高容量を要求される小型携帯電子機器(スマートフォンやタブレットPCなど)の電源に好適である。
さらに、従来のリチウム・コバルト系酸化物あるいはリチウム・ニッケル系酸化物の正極活物質を用いた電池との比較においても、安全性に優れており、また容量、耐久性の点でも優れている。そのため、小型化、高容量化が可能で、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源として好適である。なお、本発明の二次電池は、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用するいわゆるハイブリッド車用の電源としても用いることができる。
(Characteristics of secondary battery)
The positive electrode active material of the present invention can be obtained by the industrial production method as described above, and the secondary battery according to the present invention using the positive electrode active material has high thermal stability and output characteristics. Since both can be achieved, it is suitable as a power source for small portable electronic devices (smartphones, tablet PCs, etc.) that always require high capacity.
Furthermore, in comparison with batteries using conventional lithium-cobalt-based oxides or lithium-nickel-based oxide positive electrode active materials, they are superior in terms of safety, capacity, and durability. Therefore, it is possible to reduce the size and increase the capacity, and it is suitable as a power source for an electric vehicle, which is limited in mounting space. The secondary battery of the present invention can be used not only as a power source for electric vehicles that are driven purely by electrical energy, but also as a power source for so-called hybrid vehicles that use a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. .

以下に、本発明の実施例及び比較例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例における正極活物質に含有される金属の分析方法及び正極活物質の各種評価方法は、以下の通りである。
(1)元素組成の分析:ICP発光分析法で測定した。
(2)体積平均粒径MV、および〔(D90-D10)/体積平均粒径MV〕:
レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)により測定した。
(3)結晶構造とリチウム・ニオブ化合物の定性評価、および結晶子径:XRD回折装置(パナリティカル社製、X‘Pert PRO)。XRD測定結果から、2θ=18°付近に存在する(003)面のピークの解析を行い、Scherrerの式を用いて結晶子径を算出した。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited by these Examples. The analysis method of the metal contained in the positive electrode active material and the various evaluation methods of the positive electrode active material in Examples and Comparative Examples are as follows.
(1) Analysis of elemental composition: Measured by ICP emission spectrometry.
(2) Volume average particle size MV, and [(D90-D10)/volume average particle size MV]:
It was measured with a laser diffraction scattering type particle size distribution analyzer (Microtrac HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
(3) Qualitative evaluation of crystal structure and lithium-niobium compound, and crystallite size: XRD diffraction device (manufactured by PANalytical, X'Pert PRO). From the XRD measurement results, the peak of the (003) plane present near 2θ=18° was analyzed, and the crystallite size was calculated using Scherrer's formula.

(4)初期充電容量及び初期放電容量:
初期充電容量及び初期放電容量は、コイン型電池を作製してから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/cmとしてカットオフ電圧4.3Vまで充電して初期充電容量とし、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。放電容量の測定には,マルチチャンネル電圧/電流発生器(株式会社アドバンテスト製、R6741A)を用いた。
(4) Initial charge capacity and initial discharge capacity:
The initial charge capacity and initial discharge capacity were measured by leaving the coin-type battery for about 24 hours, and after the open circuit voltage OCV (open circuit voltage) was stabilized, the current density for the positive electrode was cut to 0.1 mA/cm 2 . The battery was charged to an off-voltage of 4.3 V to obtain an initial charge capacity, and after resting for 1 hour, the battery was discharged to a cut-off voltage of 3.0 V. The initial discharge capacity was obtained. A multi-channel voltage/current generator (R6741A, manufactured by Advantest Co., Ltd.) was used to measure the discharge capacity.

(5)熱安定性評価
正極の熱安定性評価は、正極活物質を過充電状態とし、加熱することで放出される酸素量の定量により行った。
(4)と同様にコイン型電池を作製し、カットオフ電圧4.5Vまで0.2CレートでCCCV充電(定電流―定電圧充電)した。その後、コイン電池を解体し、短絡しないよう正極のみ取り出して、DMC(ジメチルカーボネート)で洗浄し、乾燥した。乾燥後の正極をおよそ2mg量りとり、ガスクロマトグラフ質量分析計(GCMS、島津製作所、QP-2010plus)を用いて、昇温速度10℃/minで室温から450℃まで昇温した。キャリアガスにはヘリウムを用いた。
(5) Evaluation of thermal stability The thermal stability of the positive electrode was evaluated by quantifying the amount of oxygen released by heating the positive electrode active material in an overcharged state.
A coin-type battery was prepared in the same manner as in (4), and CCCV charged (constant current-constant voltage charge) at a 0.2 C rate to a cutoff voltage of 4.5V. Thereafter, the coin battery was disassembled, and only the positive electrode was taken out so as not to short-circuit, washed with DMC (dimethyl carbonate), and dried. Approximately 2 mg of the dried positive electrode was weighed and heated from room temperature to 450° C. at a temperature elevation rate of 10° C./min using a gas chromatograph mass spectrometer (GCMS, Shimadzu Corporation, QP-2010plus). Helium was used as carrier gas.

加熱時に発生した酸素(m/z=32)の発生挙動を測定し、得られた最大酸素発生ピーク高さとピーク面積から酸素発生量の半定量を行い、これらを熱安定性の評価指標とした。なお、酸素発生量の半定量値は、純酸素ガスを標準試料としてGCMSに注入し、その測定結果から得た検量線を外挿して算出した。 The generation behavior of oxygen (m/z = 32) generated during heating was measured, and the amount of oxygen generated was semi-quantified from the obtained maximum oxygen generation peak height and peak area, and these were used as evaluation indices for thermal stability. . The semi-quantitative value of the amount of oxygen generated was calculated by injecting pure oxygen gas into the GCMS as a standard sample and extrapolating the calibration curve obtained from the measurement results.

(6)出力評価
出力評価は、測定温度に温度調節したコイン型電池を充電電位4.1Vで充電して、交流インピーダンス法により反応抵抗値を測定した。
(6) Output evaluation Output evaluation was performed by charging a coin-type battery whose temperature was adjusted to the measurement temperature at a charging potential of 4.1 V and measuring the reaction resistance value by the AC impedance method.

(晶析工程)
ニッケル・マンガン・コバルト複合水酸化物は以下に述べるような公知の方法で作製した。反応槽(60L)に純水を所定量入れ、攪拌しながら槽内温度を45℃に設定した。このとき反応槽内に、反応槽液中の溶存酸素濃度が0.8mg/LとなるようにNガスを流した。
この反応槽内にニッケル:マンガン:コバルトのモル比が0.50:0.30:0.20となるように調製した硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンの2.0Mの混合水溶液と、アルカリ溶液として25質量%水酸化ナトリウム溶液、錯化剤として25質量%アンモニア水を反応槽に同時に連続的に添加した。このとき晶析反応の滞留時間は4時間、反応槽内のpHは11.1~11.3に、反応槽内のアンモニア濃度は9~12g/Lになるように各溶液の流量を調整し、ニッケル・マンガン・コバルト複合水酸化物を作製した。
(Crystallization step)
A nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was produced by a known method as described below. A predetermined amount of pure water was put into a reaction tank (60 L), and the temperature inside the tank was set to 45° C. while stirring. At this time, N 2 gas was flowed into the reaction tank so that the dissolved oxygen concentration in the reaction tank liquid was 0.8 mg/L.
A 2.0 M mixed aqueous solution of nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate prepared so that the molar ratio of nickel:manganese:cobalt was 0.50:0.30:0.20, and an alkaline solution were placed in the reaction tank. A 25% by mass sodium hydroxide solution as a solution and a 25% by mass aqueous ammonia solution as a complexing agent were simultaneously and continuously added to the reactor. At this time, the flow rate of each solution was adjusted so that the residence time for the crystallization reaction was 4 hours, the pH in the reaction tank was 11.1 to 11.3, and the ammonia concentration in the reaction tank was 9 to 12 g/L. , a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was produced.

得られたニッケル・マンガン・コバルト複合水酸化物を含むスラリーは反応槽からのオーバーフローとして回収した後、濾過を行いニッケル・マンガン・コバルト複合水酸化物のケーキを得た。濾過を行ったデンバー内にあるニッケル・コバルト・マンガン複合水酸化物150gに対して1Lの純水を通液することで、不純物の洗浄を行った。濾過後の粉を真空乾燥器で120℃12時間乾燥し、Ni0.50Mn0.30Co0.20(OH)2+α(0≦α≦0.4)で表されるニッケル・コバルト・マンガン複合水酸化物粒子を得た。得られた複合水酸化物の体積平均粒径MVは、6.0μmであった。 The resulting slurry containing the nickel-manganese-cobalt composite hydroxide was collected as an overflow from the reaction vessel and then filtered to obtain a nickel-manganese-cobalt composite hydroxide cake. Impurities were washed by passing 1 L of pure water through 150 g of the filtered nickel-cobalt-manganese composite hydroxide in Denver. The powder after filtration was dried in a vacuum dryer at 120° C. for 12 hours, and nickel-cobalt-manganese represented by Ni 0.50 Mn 0.30 Co 0.20 (OH) 2+α (0≦α≦0.4) Composite hydroxide particles were obtained. The volume average particle diameter MV of the obtained composite hydroxide was 6.0 μm.

(混合工程)
得られたニッケル・マンガン・コバルト複合水酸化物粒子と、炭酸リチウムと、体積平均粒径MVが1.0μmのニオブ酸(Nb・nHO)とを、ニッケル:マンガン:コバルト:ニオブのモル比が0.475:0.285:0.190:0.05(c1=0.025、c2=0.015、c3=0.010、c=c1+c2+c3=0.05)になるように、かつ、リチウム量(Li)とニッケル、マンガン、コバルト及びニオブの合計メタル量(Me)との原子比(以下、Li/Meと表す)が1.03になるように、秤量した後、シェーカーミキサー装置(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。
(Mixing process)
Nickel : manganese : cobalt : so that the molar ratio of niobium is 0.475:0.285:0.190:0.05 (c1=0.025, c2=0.015, c3=0.010, c=c1+c2+c3=0.05). And after weighing so that the atomic ratio of the amount of lithium (Li) and the total metal amount (Me) of nickel, manganese, cobalt and niobium (hereinafter referred to as Li/Me) is 1.03, Thorough mixing was performed using a shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willie & Bachoffen (WAB)) to obtain a lithium mixture.

(焼成工程)
得られたリチウム混合物を空気(酸素:21容量%)気流中にて900℃で10時間保持して焼成し、その後、ハンマーミルで解砕してニオブを固溶させたリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン・ニオブ複合酸化物かなる正極活物質を得た。
得られた正極活物質の体積平均粒径MVを表1に示す。
ニオブを含まないリチウム・ニッケル・コバルト複合酸化物の格子定数a、cに対し、この実施例1に係るリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン・ニオブ複合酸化物の格子定数a、cの増加が認められた。
STEM-EDX分析の結果から、ニオブが結晶構造中に固溶していることが確認された。さらに、XRD測定結果から、Scherrerの式を用いて003結晶子径を算出した結果、1348Åであった。
(Baking process)
The obtained lithium mixture was held at 900° C. for 10 hours in an air stream (oxygen: 21% by volume) and sintered, and then pulverized with a hammer mill to form a lithium-nickel-cobalt mixture in which niobium was solid-dissolved. A cathode active material comprising a manganese-niobium composite oxide was obtained.
Table 1 shows the volume average particle size MV of the obtained positive electrode active material.
The lattice constants a and c of the lithium-nickel-cobalt-manganese-niobium composite oxide according to Example 1 were found to be increased compared to the lattice constants a and c of the lithium-nickel-cobalt composite oxide containing no niobium. rice field.
From the results of STEM-EDX analysis, it was confirmed that niobium was dissolved in the crystal structure. Furthermore, the 003 crystallite size was calculated from the XRD measurement results using Scherrer's formula and was 1348 Å.

(電気化学特性評価)
得られた正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂(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、図1に示す正極(評価用電極)1を作製した。
その作製した正極1を真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した後、この乾燥した正極1を用いて2032型コイン電池10を、露点が-80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。
負極2には、直径17mm厚さ1mmのリチウム(Li)金属を用い、電解液には、1MのLiClO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3には膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。
また、コイン電池10は、ガスケット4とウェーブワッシャー5を有し、正極缶6と負極缶7とでコイン型の電池に組み立てた。得られた正極活物質の初期充放電容量及び25℃における正極抵抗値の測定結果を表2に示す。
(Evaluation of electrochemical properties)
52.5 mg of the obtained positive electrode active material, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed and press-molded at a pressure of 100 MPa to a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm. Evaluation electrode) 1 was produced.
After drying the prepared positive electrode 1 at 120° C. for 12 hours in a vacuum dryer, a 2032-type coin battery 10 was prepared using the dried positive electrode 1 in an Ar atmosphere glove box with a controlled dew point of −80° C. made.
Lithium (Li) metal with a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm is used for the negative electrode 2, and the electrolyte is an equal mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) with 1 M LiClO 4 as the supporting electrolyte ( Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used. A polyethylene porous film having a film thickness of 25 μm was used as the separator 3 .
The coin battery 10 has a gasket 4 and a wave washer 5, and is assembled into a coin-shaped battery with a positive electrode can 6 and a negative electrode can 7. FIG. Table 2 shows the measurement results of the initial charge/discharge capacity of the obtained positive electrode active material and the positive electrode resistance value at 25°C.

(熱安定性評価)
上述の正極活物質の各評価(5)に記載の手順で、熱安定性評価を行った。得られた最大酸素発生ピーク強度とピーク面積から酸素発生量の半定量値を求めた。これらの結果を表2に示す。
(Thermal stability evaluation)
The thermal stability was evaluated according to the procedure described in (5) for each evaluation of the positive electrode active material described above. A semi-quantitative value of the oxygen evolution amount was obtained from the obtained maximum oxygen evolution peak intensity and peak area. These results are shown in Table 2.

ニッケル:マンガン:コバルトのモル比が0.40:0.40:0.20となるように、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンの2.0Mの混合水溶液を使用したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
Same as Example 1, except that a 2.0 M mixed aqueous solution of nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate was used so that the molar ratio of nickel:manganese:cobalt was 0.40:0.40:0.20. Similarly, a positive electrode active material was obtained and evaluated.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

焼成時の温度を950℃にしたこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the firing temperature was 950°C.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

焼成時の温度を870℃にしたこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the firing temperature was 870°C.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

得られたニッケル・コバルト・マンガン複合水酸化物粒子と、炭酸リチウム、平均粒径が1.0μmのニオブ酸(Nb・nHO)をニッケル:マンガン:コバルト:ニオブのモル比が0.485:0.291:0.194:0.03になるように秤量したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
The obtained nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles, lithium carbonate, and niobic acid (Nb 2 O 5 ·nH 2 O) having an average particle diameter of 1.0 µm were combined with a nickel:manganese:cobalt:niobium molar ratio of A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio was adjusted to 0.485:0.291:0.194:0.03.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

得られたニッケル・コバルト・マンガン複合水酸化物粒子と、炭酸リチウム、平均粒径が1.0μmのニオブ酸(Nb・nHO)をニッケル:マンガン:コバルト:ニオブのモル比が0.465:0.279:0.186:0.07になるように秤量したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
The obtained nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles, lithium carbonate, and niobic acid (Nb 2 O 5 ·nH 2 O) having an average particle diameter of 1.0 µm were combined with a nickel:manganese:cobalt:niobium molar ratio of A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio was adjusted to 0.465:0.279:0.186:0.07.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例1)
ニオブ酸(Nb・nHO)を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
(Comparative example 1)
A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that niobic acid (Nb 2 O 5.nH 2 O) was not added.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例2)
ニオブ酸(Nb・nHO)を添加しなかったこと以外は実施例2と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
(Comparative example 2)
A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 2, except that niobic acid (Nb 2 O 5.nH 2 O) was not added.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例3)
ニッケル:マンガン:コバルトのモル比が0.50:0.20:0.30となるように、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンの2.0Mの混合水溶液を使用したこと以外は実施例1と同様に複合水酸化物粒子を調製し、ニオブ酸(Nb・nHO)を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 3)
Same as Example 1, except that a 2.0M mixed aqueous solution of nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate was used so that the molar ratio of nickel:manganese:cobalt was 0.50:0.20:0.30. Composite hydroxide particles were prepared in the same manner, and a positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that niobic acid (Nb 2 O 5.nH 2 O) was not added.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例4)
ニッケル:マンガン:コバルトのモル比が0.50:0.20:0.30となるように、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンの2.0Mの混合水溶液を使用したこと以外は実施例1と同様に複合水酸化物粒子を調製した。
その得られた複合水酸化物粒子と、炭酸リチウム、平均粒径が1.0μmのニオブ酸(Nb・nHO)をニッケル:マンガン:コバルト:ニオブのモル比が0.475:0.190:0.285:0.05になるように秤量したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および表2に示す。
(Comparative Example 4)
Same as Example 1, except that a 2.0M mixed aqueous solution of nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate was used so that the molar ratio of nickel:manganese:cobalt was 0.50:0.20:0.30. Composite hydroxide particles were similarly prepared.
The resulting composite hydroxide particles, lithium carbonate, and niobic acid (Nb 2 O 5 ·nH 2 O) having an average particle size of 1.0 μm were mixed with nickel:manganese:cobalt:niobium at a molar ratio of 0.475: A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the weights were adjusted to 0.190:0.285:0.05.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例5)
焼成時の温度を800℃にしたこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 5)
A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the firing temperature was 800°C.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例6)
焼成時の温度を1050℃にしたこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。評価結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 6)
A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the firing temperature was set to 1050°C. Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例7)
得られたニッケル・コバルト・マンガン複合水酸化物粒子と、炭酸リチウム、平均粒径が1.0μmのニオブ酸(Nb・nHO)をニッケル:コバルト:マンガン:ニオブのモル比が0.495:0.297:0.198:0.01になるように秤量したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 7)
The obtained nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles, lithium carbonate, and niobic acid (Nb 2 O 5 ·nH 2 O) having an average particle diameter of 1.0 µm were combined with a nickel:cobalt:manganese:niobium molar ratio of A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio was adjusted to 0.495:0.297:0.198:0.01.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例8)
得られたニッケル・コバルト・マンガン複合水酸化物粒子と、炭酸リチウム、平均粒径が1.0μmのニオブ酸(Nb・nHO)をニッケル:コバルト:マンガン:ニオブのモル比が0.450:0.270:0.180:0.100になるように秤量したこと以外は実施例1と同様に正極活物質を得るとともに評価した。
評価結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 8)
The obtained nickel-cobalt-manganese composite hydroxide particles, lithium carbonate, and niobic acid (Nb 2 O 5 ·nH 2 O) having an average particle diameter of 1.0 µm were combined with a nickel:cobalt:manganese:niobium molar ratio of A positive electrode active material was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio was adjusted to 0.450:0.270:0.180:0.100.
Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 0007197825000004
Figure 0007197825000004

Figure 0007197825000005
Figure 0007197825000005

(評価結果)
表1及び表2に示すように、実施例で得られた正極活物質は、高い熱安定性と出力が両立できている。また、003結晶子径が狙いの範囲となっており、電気化学特性と熱安定性の両立に影響していると推定される。
実施例で得られた正極活物質はいずれも、Nbが一次粒子内に固溶することで酸素との結合が強固となり過充電時の酸素放出抑制や構造相転移を抑制し、熱安定性が改善したと推定される。さらに、Nb添加により粒成長が促進されたことで結晶性が良化し出力特性が改善したと推察される。
(Evaluation results)
As shown in Tables 1 and 2, the positive electrode active materials obtained in Examples have both high thermal stability and output. In addition, the 003 crystallite size is within the target range, which is presumed to affect both electrochemical properties and thermal stability.
In all of the positive electrode active materials obtained in the examples, Nb dissolves in the primary particles to form a strong bond with oxygen, suppressing oxygen release and structural phase transition during overcharge, and improving thermal stability. presumed to have improved. Furthermore, it is presumed that the crystallinity was improved and the output characteristics were improved because the grain growth was promoted by the addition of Nb.

一方、比較例1、2の正極活物質では、Nbを添加していないため熱安定性が悪く、結晶子径が小さいため出力特性も悪い。又、比較例3の正極活物質は、ニッケルとマンガンのモル比率がNi/Mn=2.5であり、Nbが添加されていないために粒成長がみられず、熱安定性が低下している。
比較例4の正極活物質でもNi/Mn=2.5だが、Nb添加による粒成長がみられず、むしろ結晶子径の変化割合から見て粒成長が抑制されて、比較例3比べて出力特性の向上は見られない。Nb添加による粒成長効果を発現させるにはNi/Mnが重要であることがわかる。
比較例5の正極活物質は、焼成温度が低いために結晶成長が十分に進まず、Nbが単体で残留して結晶構造中にほとんど固溶せず、粒子表面と中心部での濃度差が大きくなったことで、反応抵抗やバルク抵抗が極めて高くなり、容量や出力の悪化がみられた。熱安定性は、容量が低いため見かけ上良化したと推定される。
比較例6の正極活物質は、焼成温度が高いために、焼結・凝集の進行やカチオンミキシングの発生のために、初期容量が低くなっている。
比較例7の正極活物質は、Nb添加量が少ないために熱安定性改善の効果がみられず、粒成長の変化も見られず出力特性の改善も見られない。
比較例8の正極活物質は、熱安定性の改善はみられるが、Nb添加量が多いため固溶しきれないNbがLi化合物を形成するため出力特性や初期容量が低くなっている。
On the other hand, the positive electrode active materials of Comparative Examples 1 and 2 have poor thermal stability because Nb is not added, and the output characteristics are also poor due to the small crystallite diameter. In the positive electrode active material of Comparative Example 3, the molar ratio of nickel and manganese was Ni/Mn=2.5, and since no Nb was added, grain growth was not observed and thermal stability was lowered. there is
The positive electrode active material of Comparative Example 4 also had Ni/Mn=2.5, but no grain growth was observed due to the addition of Nb. No improvement in properties was observed. It can be seen that the Ni/Mn ratio is important for exhibiting the grain growth effect due to the addition of Nb.
In the positive electrode active material of Comparative Example 5, since the firing temperature was low, crystal growth did not proceed sufficiently, Nb remained as a single substance and hardly dissolved in the crystal structure, and the concentration difference between the particle surface and the center was large. As a result, the reaction resistance and bulk resistance became extremely high, and the deterioration of capacity and output was observed. Thermal stability is presumed to have apparently improved due to the lower capacity.
The positive electrode active material of Comparative Example 6 had a low initial capacity due to the progress of sintering/aggregation and the occurrence of cation mixing due to the high firing temperature.
Since the positive electrode active material of Comparative Example 7 has a small amount of Nb added, no effect of improving thermal stability is observed, no change in grain growth is observed, and no improvement in output characteristics is observed.
The positive electrode active material of Comparative Example 8 shows improvement in thermal stability, but the output characteristics and initial capacity are low because the amount of Nb added is large and the Nb that cannot be fully dissolved forms a Li compound.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 ガスケット
5 ウェーブワッシャー
6 正極缶
7 負極缶
10 2032型コイン電池
1 positive electrode 2 negative electrode 3 separator 4 gasket 5 wave washer 6 positive electrode can 7 negative electrode can 10 2032 type coin battery

Claims (7)

複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成されたリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物が、
一般式(1):LiNi1-a-b-c1Mna-c2Cob-c3Nb(0.20≦a≦0.50、0.20≦b≦0.60、0.03<c≦0.08、c=c1+c2+c3、1.03≦d≦1.20、(1-a-b-c1)/a≦2)で表され、
前記リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物中のニオブが、前記複合酸化物中のニッケル、マンガン、コバルトとそれぞれ置換して前記一次粒子に固溶していることを特徴とする非水系電解質二次電池用活物質。
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide composed of secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated,
The lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide is
General formula (1): Li d Ni 1-ab-c1 Mn a-c2 Co b-c3 Nb c O 2 (0.20≦a≦0.50, 0.20≦b≦0.60, 0 .03 < c ≤ 0.08, c = c1 + c2 + c3, 1.03 ≤ d ≤ 1.20, (1-ab-c1) / a ≤ 2),
Niobium in the lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide is substituted with nickel, manganese, and cobalt in the composite oxide, respectively, and is dissolved in the primary particles. Active material for electrolyte secondary batteries.
前記二次粒子の体積平均粒径MVが、5μm以上、20μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 2. The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the secondary particles have a volume average particle diameter MV of 5 μm or more and 20 μm or less. X線回折の(003)面回折ピークの半価幅からScherrer式により求めた結晶子径において、「前記リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物の結晶子径A」の「ニッケル、マンガン、コバルトの物質量比が等しく且つニオブを含有しないリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物の結晶子径B」に対する結晶子径の変化割合Z(%)が、下記(a)式の関係を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
Figure 0007197825000006
"Nickel, manganese , the crystallite diameter change rate Z (%) with respect to the crystallite diameter B of the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide containing no niobium and having the same cobalt substance amount ratio is expressed by the following formula (a): The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
Figure 0007197825000006
一般式(1):LiNi1-a-b-c1Mna-c2Cob-c3Nb(0.20≦a≦0.50、0.20≦b≦0.60、0.03<c≦0.08、c=c1+c2+c3、1.03≦d≦1.20、(1-a-b-c)/a≦2)で表され、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成され、ニオブが前記複合酸化物中のニッケル、マンガン、コバルトとそれぞれ置換して前記一次粒子に固溶している、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物からなる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、
一般式(2):Ni1-a-bMnCo(OH)2+α(0.20≦a≦0.50、0.20≦b≦0.60、0≦α≦0.4)で表されるニッケル・マンガン・コバルト複合水酸化物粒子と、ニオブ化合物と、リチウム化合物からなる混合物を調製する混合工程と、
前記混合物を、酸化性雰囲気中、850℃以上、1000℃以下で、5時間以上、10時間以下焼成して、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物を得る焼成工程と、
を含むことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
General formula (1): Li d Ni 1-ab-c1 Mn a-c2 Co b-c3 Nb c O 2 (0.20≦a≦0.50, 0.20≦b≦0.60, 0 .03 < c ≤ 0.08, c = c1 + c2 + c3, 1.03 ≤ d ≤ 1.20, (1-abc) / a ≤ 2), and a plurality of primary particles aggregated secondary A non-aqueous electrolyte comprising a lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide composed of particles, wherein niobium replaces nickel, manganese, and cobalt in the composite oxide, respectively, and is dissolved in the primary particles. A method for producing a positive electrode active material for a secondary battery, comprising:
General formula (2): Ni 1-ab Mna Co b ( OH) 2+α (0.20≦a≦0.50, 0.20≦b≦0.60, 0≦α≦0.4) a mixing step of preparing a mixture consisting of the represented nickel-manganese-cobalt composite hydroxide particles, a niobium compound, and a lithium compound;
a firing step of firing the mixture in an oxidizing atmosphere at 850° C. or higher and 1000° C. or lower for 5 hours or longer and 10 hours or shorter to obtain a lithium-nickel-manganese-cobalt-niobium composite oxide;
A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising:
前記ニオブ化合物の体積平均粒径MVが、0.01μm以上、10μm以下であることを特徴とする請求項4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。 5. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the niobium compound has a volume average particle size MV of 0.01 μm or more and 10 μm or less. X線回折の(003)面回折ピークの半価幅からScherrer式により求めた結晶子径において、「前記リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト・ニオブ複合酸化物の結晶子径A」の「ニッケル、マンガン、コバルトの物質量比が等しく、且つニオブを含有しないリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物の結晶子径B」に対する結晶子径の変化割合Z(%)が、下記(b)式の関係を有することを特徴とする請求項4又は5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。
Figure 0007197825000007
"Nickel, manganese , the crystallite diameter change rate Z (%) with respect to the crystallite diameter B of the lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide containing no niobium and having the same cobalt substance amount ratio is represented by the following formula (b): The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4 or 5, comprising:
Figure 0007197825000007
請求項1から3のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質を含む正極を有することを特徴とする非水系電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode containing the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009140787A (en) 2007-12-07 2009-06-25 Nichia Corp Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery employing the same
WO2014034430A1 (en) 2012-08-28 2014-03-06 住友金属鉱山株式会社 Method for producing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery using same
JP2015111560A (en) 2013-10-29 2015-06-18 日亜化学工業株式会社 Positive electrode composition for nonaqueous electrolyte secondary batteries and method for manufacturing the same
WO2018043669A1 (en) 2016-08-31 2018-03-08 住友金属鉱山株式会社 Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, method for producing same, and nonaqueous electrolyte secondary battery

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