(57)【要約】【課題】特にナトリウムの含有量を確実に低減させて、焼結凝集を抑制し、さらなる電池特性の向上が可能な正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。【解決手段】リチウム、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は前記一次粒子と前記二次粒子で構成されたリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物であって、前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれるナトリウム含有量が、０．０００５質量％未満であり、前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の平均粒径を、前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の平均粒径で除した比が、０．９５〜１．０５であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は前記一次粒子と前記二次粒子で構成されたリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物であって、
前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれるナトリウム含有量が、０．０００５質量％未満であり、
前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の平均粒径を、前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の平均粒径で除した比が、０．９５〜１．０５であることを特徴とするリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物。
【請求項２】
前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれる硫酸根含有量が０．１５質量％以下、塩素根含有量が０．００５質量％以下、かつＬｉ席占有率が９９．０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物。
【請求項３】
無作為に選択した１００個以上の前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の粒子を、走査型電子顕微鏡により観察した際に、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、５％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物。
【請求項４】
前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれるカリウム、カルシウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つ以上の物質の含有量が、０．０００５質量％未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物。
【請求項５】
少なくとも、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を含む正極を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は一次粒子と二次粒子で構成されたリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物及び、リチウムイオン二次電池に関する。本出願は、２０１９年４月１６日に出願された特願２０１９−０７７５２１を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンやタブレット端末及び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をはじめ、ハイブリット自動車や電気自動車用の電池として、高出力の二次電池の開発ニーズが拡大している。
【０００３】
この様なニーズに対応出来る二次電池として、リチウムイオン二次電池が挙げられる。リチウムイオン二次電池は、正極及び負極のほか、電解液などで構成され、正極及び負極の活物質は、リチウムを脱離や挿入することの可能な材料が用いられている。リチウムイオン二次電池は、現在も、研究・開発が盛んに行われているが、このうち、層状又はスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池では、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。
【０００４】
この中でも、リチウムニッケルコバルト複合酸化物は、電池容量のサイクル特性が良く、低抵抗で高出力が得られる材料として注目されており、近年では、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源やハイブリッド車用電源にも好適であり、車載用電源として重要視されている。一般的に、リチウムニッケルコバルト複合酸化物は、前駆体となるニッケルコバルト複合水酸化物をリチウム化合物と混合し、焼成する工程によって製造する。
【０００５】
このニッケルコバルト複合水酸化物には、製造工程で用いる原料や薬剤由来の硫酸根、塩素根、ナトリウムなど不純物が含まれる。これらの不純物は、ニッケルコバルト複合水酸化物とリチウム化合物とを混合し、焼成する工程において、副反応などを誘発してリチウムとの反応を悪化させるために、層状構造であるリチウムニッケルコバルト複合酸化物の結晶性を低下させる。
【０００６】
不純物の影響で、結晶性が低くなったリチウムニッケルコバルト複合酸化物は、正極活物質として電池を構成する際、固相内でのリチウムの拡散を阻害して電池容量が低下する。また、これらの不純物は、充放電反応には殆ど寄与しないため、電池の構成において、正極材料の不可逆容量に相当する分は、負極材料を余計に電池に使用せざるを得ない。その結果、電池全体としての重量当り、若しくは体積当りの容量が小さくなり、不可逆容量として負極に余分なリチウムが蓄積されることから、安全性の面からも問題となっている。
【０００７】
更に、ナトリウムをはじめ、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどが、リチウムサイトに固溶することで、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の粒子が焼結凝集し易くなり、これを用いて作製したリチウムイオン二次電池は、反応性が悪化し、出力特性及び電池容量が低下する。
【０００８】
不純物としては、硫酸根や塩素根、ナトリウムなどが挙げられ、これまでに、それらの不純物を除去する技術が開示されている。
【０００９】
例えば、特許文献１には、ニオブ含有遷移金属複合水酸化物を得る晶析工程を行い、得られたニオブ含有遷移金属複合水酸化物を、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウムなどの炭酸塩水溶液で洗浄することにより、硫酸根や塩素根を低減させることが開示されている。
【００１０】
また、特許文献２には、晶析反応からニッケルマンガンコバルト複合水酸化物を製造する工程において、ｐＨ調整に用いるアルカリ溶液を、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩の混合溶液とすることで、不純物である硫酸根、塩素根、炭酸根を低減させることが開示されている。
【００１１】
また、特許文献３〜４には、晶析工程で得られた粒子内部に空隙構造を有するニッケルマンガン複合水酸化物粒子又はニッケル複合水酸化物粒子を、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩水溶液で洗浄することにより、硫酸根や塩素根、ナトリウムを低減させることが開示されている。
【００１２】
また、特許文献５には、ニッケルアンミン錯体、コバルトアンミン錯体及びＭ元素源を混合して得たニッケル−コバルト−Ｍ元素含有水溶液又は水性分散液を加熱して、ニッケルアンミン錯体及びコバルトアンミン錯体を熱分解させ、硫酸根、塩素根、ナトリウム、鉄などの不純物含有量が少ないニッケル−コバルト−Ｍ元素含有複合化合物を用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１５−１２２２６９号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１７６２５号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／１４６５９８号
【特許文献４】特開２０１５−１９１８４８号公報
【特許文献５】国際公開第２０１２／０２０７６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１〜２については、ナトリウムの除去について全く触れられていない。また、特許文献３〜４については、空隙率が３％程度の中実レベルの前駆体においても、依然として、ナトリウムが０．００１〜０．０１５質量％残存しており、ナトリウム低減が不十分である。更に特許文献５については、熱分解によってニッケル−コバルト−Ｍ元素含有複合化合物を得ているため、粒子の球状や粒度分布、比表面積の観点から、正極活物質とした際に、十分な電池特性となるかが疑問視される。特にアルミニウムを含むニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物に着眼したものではなく、また、不純物除去し、更なる電池特性の向上や、焼結凝集の抑制に関する記載も見当たらない。
【００１５】
そこで本発明の目的は、充放電反応にも殆ど寄与しない不純物のうち、特にナトリウムの含有量を確実に低減させて、焼結凝集を抑制し、さらなる電池特性の向上が可能な正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様に係るリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物は、リチウム、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は前記一次粒子と前記二次粒子で構成されたリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物であって、前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれるナトリウム含有量が、０．０００５質量％未満であり、前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の平均粒径を、前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の平均粒径で除した比が、０．９５〜１．０５であることを特徴とする。
【００１７】
このようにすれば、焼結凝集が抑制され、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を提供することが出来る。
【００１８】
このとき、本発明の一態様では、前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれる硫酸根含有量が０．１５質量％以下、塩素根含有量が０．００５質量％以下、かつＬｉ席占有率が９９．０％以上としてもよい。
【００１９】
このようにすれば、硫酸根、塩素根及びナトリウムの含有量を確実に低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を提供することができる。
【００２０】
このとき、本発明の一態様では、無作為に選択した１００個以上の前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の粒子を、走査型電子顕微鏡により観察した際に、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、５％以下としてもよい。
【００２１】
このようにすれば、焼結凝集が抑制され、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を提供することが出来る。
【００２２】
このとき、本発明の一態様では、前記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれるカリウム、カルシウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つ以上の物質の含有量が、０．０００５質量％未満としてもよい。
【００２３】
このようにすれば、より不純物の含有量を低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を提供することができる。
【００２４】
このとき、本発明の他の態様では、少なくとも、上記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を含む正極を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池としてもよい。
【００２５】
このようにすれば、ナトリウムの含有量を確実に低減させて、焼結凝集を抑制し、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池を提供することが出来る。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、特にナトリウムの含有量を確実に低減させて、焼結凝集を抑制し、さらなる電池特性の向上が可能な正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の断面ＳＥＭ写真であり、内部構造が中実構造であることを示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法の概略を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、特にアルミニウムを含むニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造において、晶析工程における反応雰囲気を制御し、晶析工程で用いるアルカリ溶液をアルカリ金属水酸化物と炭酸塩との混合溶液とすることに加えて、晶析工程で得られた遷移金属複合水酸化物を、洗浄工程で炭酸水素塩（重炭酸塩）含有の洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液を用いて洗浄することによって、不純物である硫酸根、塩素根及びナトリウムを、より効率良く、より低濃度に低減出来るとの知見を得て、本発明を完成したものである。また、上記の様に、ナトリウムの含有量を確実に低減させた、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を、前駆体として用いることによって、焼結凝集が抑制され、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物が得られるとの知見を得て、本発明を完成したものである。以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２９】
なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物及びリチウムイオン二次電池について、下記の順に説明する。
１．ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物
２．リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物
３．ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法
３−１．晶析工程
３−１−１．核生成工程
３−１−２．粒子成長工程
３−２．洗浄工程
４．リチウムイオン二次電池
【００３０】
＜１．ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物＞
本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は前記一次粒子と前記二次粒子で構成された、正極活物質の前駆体である。
【００３１】
そして、上記ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物に含まれるナトリウム含有量が、０．０００５質量％未満であることを特徴とする。以下、本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物について具体的に説明する。
【００３２】
［粒子の組成］
ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、その組成が、一般式：Ｎｉ１−ｘ−ｙＣｏｘＡｌｙ（ＯＨ）２＋ａ（但し、０.０５≦ｘ≦０．３５、０．０１≦ｙ≦０．２０、ｘ＋ｙ＜０．４０、０≦ａ≦０．５）で表される様に、調整されることが好ましい。
【００３３】
上記一般式において、コバルト含有量を示すｘは、０．０５≦ｘ≦０．３５が好ましい。コバルトを適度に添加することで、サイクル特性の向上や充放電に伴うリチウムの脱離挿入による結晶格子の膨張収縮挙動をより低減出来る。コバルト含有量が少な過ぎてｘが０．０５未満であると、期待する効果を得ることが出来にくいため好ましくない。一方、コバルト含有量が多過ぎてｘが０．３５を超えると、初期放電容量の低下が大きくなる可能性があり、更に、コスト面で不利となる問題もあるため好ましくない。従って、コバルト含有量を示すｘは、０．０５≦ｘ≦０．３５が好ましく、電池特性やコストをより考慮すると、０．０７≦ｘ≦０．２５が好ましく、実質的には、０．１０≦ｘ≦０．２０とすることがより好ましい。
【００３４】
また、アルミニウム含有量を示すｙは、０．０１≦ｙ≦０．２が好ましい。この範囲内で、アルミニウムを添加すると、電池が正極活物質として用いられた際に、耐久特性や安全性をより向上させることが出来る。特に、アルミニウムは、粒子内部へ均一に分布する様に調整されていれば、粒子全体で上記効果を得られるため、同じ添加量でより大きな効果が発揮され、容量低下を抑制出来るという利点がある。アルミニウム添加量が少な過ぎて、ｙが０．０１未満になると、期待する効果を得にくいため好ましくない。一方、０．２を超えると、アルミニウム添加量が多過ぎて、Ｒｅｄｏｘ反応に貢献する金属元素が減少し、電池容量が低下する場合があるため好ましくない。
【００３５】
その他、粒子の組成に関する分析方法は、特に限定されないが、例えば、酸分解−ＩＣＰ発光分光分析法などによる、化学分析手法から求めることが出来る。
【００３６】
［粒子構造］
ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、複数の一次粒子が凝集して形成された、球状の二次粒子により構成される。二次粒子を構成する一次粒子の形状としては、板状、針状、直方体状、楕円状、菱面体状などの様々な形状を採り得る。また、複数の一次粒子の凝集状態も、ランダムな方向に凝集する場合のほか、中心から放射状に粒子の長径方向が凝集する場合も本発明に適用することは可能である。
【００３７】
凝集状態としては、板状や針状の一次粒子が、ランダムな方向に凝集して二次粒子を形成していることが好ましい。この様な構造の場合は、一次粒子間にほぼ均一な空隙が生じて、リチウム化合物と混合して焼成する際に、溶融したリチウム化合物が二次粒子内へ行き渡り、リチウムの拡散が十分に行われるからである。
【００３８】
なお、一次粒子及び二次粒子の形状観察方法は、特に限定されないが、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて観察することにより測定出来る。
【００３９】
［粒子内部構造］
本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、中実構造を有しており、二次粒子内部に中空構造や多孔構造を持たない。二次粒子内部に空隙が無いため、最も粒子強度に優れる。よって、正極活物質の長寿命化となる。
【００４０】
また、この中実構造は、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物粒子を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で断面を観察することによって確認出来る。
【００４１】
［平均粒径（ＭＶ）］
ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、粒子の平均粒径が３〜２０μｍに調整されていることが好ましい。平均粒径が３μｍ未満の場合には、正極を形成した時に、粒子の充填密度が低下して正極の容積当りの電池容量が低下する場合があるため好ましくない。その一方、平均粒径が２０μｍを超えると、正極活物質の比表面積が低下し、電池の電解液との界面が減少することにより正極の抵抗が上昇して電池の出力特性が低下する場合があるため好ましくない。従って、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、粒子の平均粒径を３〜２０μｍ、好ましくは３〜１５μｍ、より好ましくは４〜１２μｍとなる様に調整すれば、この正極活物質を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池において、容積当りの電池容量を大きくすることができ、安全性が高く、サイクル特性が良好である。
【００４２】
また、平均粒径の測定方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー回折・散乱法を用いて測定した体積基準分布から求めることが出来る。
【００４３】
［不純物含有量］
一般的に、ニッケルコバルト複合水酸化物やニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、不純物として硫酸根、塩素根、ナトリウムのほか、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどを含有する。これらの不純物は、リチウムとの反応を悪化させる原因となり、充放電反応にも殆ど寄与しないため、可能な限り除去し、その含有量を低減することが好ましい。また、詳細は後述するが、アルミニウムを含むニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を製造する際、硫酸塩ではなくアルミン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを使用することが好ましく、アルミニウムを含まないニッケルコバルト複合水酸化物を製造する場合よりも、晶析時のナトリウム濃度が高くなり、洗浄によるナトリウムの除去が困難となる。従来から、これらの不純物を除去する技術が開示されているが、それらの技術では未だ不十分である。
【００４４】
そこで本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物に含まれるナトリウム含有量が、０．０００５質量％未満であることを特徴とする。このようにすれば、ナトリウムの含有量を確実に低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体である、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含むニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を提供することができる。
【００４５】
上述したように、従来技術ではナトリウムが０．００１〜０．０１５質量％残存しており、それではナトリウム低減が不十分である。また、従来技術には、ナトリウム含有量がある数値以下と記載している文献があるが、本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物や後述するリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物のように、ナトリウム含有量が０．０００５質量％未満と極めて低い濃度となる複合水酸化物や複合酸化物は実際には開示されていない。後述する製造方法によって、ナトリウム含有量が０．０００５質量％未満と極めて低い濃度を達成できる。そうすることによって、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物にした時の焼結凝集を抑制することができる。
【００４６】
また、上記ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物に含まれる硫酸根含有量が、０．２質量％以下、かつ塩素根含有量が０．０１質量％以下であることが好ましい。このようにすれば、硫酸根、塩素根及びナトリウムの含有量を確実に低減させ、電池特性の向上が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体である、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を提供することができる。
【００４７】
上記ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物に含まれるカリウム、カルシウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つ以上の物質の含有量が、０．０００５質量％未満であることが好ましい。このようにすれば、より不純物の含有量を低減させ、かつ空隙率を高めたさらなる電池特性の向上が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体である、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を提供することができる。
【００４８】
各不純物の含有量については、例えば、以下に示す分析方法を用いて求めることが出来る。ナトリウムのほか、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどは、酸分解−原子吸光分析法や、酸分解−ＩＣＰ発光分光分析法などにより求めることが出来る。また、硫酸根は、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の全硫黄含有量を、燃焼赤外線吸収法や、酸分解−ＩＣＰ発光分光分析法などで分析して、この全硫黄含有量を硫酸根（ＳＯ４２−）に換算することにより求めることが出来る。また、塩素根は、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を直接、又は蒸留操作で含まれる塩素根を塩化銀などの形で分離し、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析法で分析することにより求めることが出来る。
【００４９】
［粒度分布］
ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、その粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径〕が、０．５５以下となる様に調整されていることが好ましい。
【００５０】
仮に、粒度分布が広範囲になっており、その粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径〕が０．５５を超える場合は、平均粒径に対して粒径が非常に小さい微粒子や、平均粒径に対して非常に粒径の大きい粒子（大径粒子）が、多く存在し易くなる。
【００５１】
この様な、前駆体の段階における粒度分布の特徴は、焼成工程後に得られる正極活物質にも、大きな影響を及ぼす。微粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合は、微粒子の局所的反応に起因して発熱する恐れがあり、安全性が低下する場合があるだけでなく、比表面積が大きい微粒子が選択的に劣化するので、サイクル特性が悪化する場合があるため好ましくない。その一方、大径粒子が多く存在する正極活物質を用いて正極を形成した場合には、電解液と正極活物質との反応面積が十分に取れず、反応抵抗の増加による電池出力が低下する場合があるため好ましくない。
【００５２】
故に、前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の粒度分布において、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径〕が、０．５５以下であることが好ましく、正極活物質とした際の微粒子や大径粒子の割合が少なくなるので、この正極活物質を正極に用いたリチウムイオン二次電池では、より安全性に優れ、良好なサイクル特性及び電池出力を得ることが出来る。
【００５３】
なお、粒度分布の広がりを示す指標〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径〕では、ｄ１０は各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積した時、その累積体積が全粒子の合計体積の１０％となる粒径を意味している。これに対して、ｄ９０は各粒径における粒子数を粒径が小さいほうから累積した時、その累積体積が全粒子の合計体積の９０％となる粒径を意味している。平均粒径や、ｄ９０、ｄ１０を求める方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー回折・散乱法を用いて測定した体積基準分布から求めることが出来る。
【００５４】
［比表面積］
ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、比表面積が１５〜６０ｍ２／ｇとなる様に調整されていることが好ましい。比表面積が１５〜６０ｍ２／ｇの範囲であれば、リチウム化合物と混合して焼成する際に、溶融したリチウム化合物と接触出来る粒子表面積がより十分に得られるからである。
【００５５】
一方、比表面積が１５ｍ２／ｇを下回ると、リチウム化合物と混合し焼成する際に溶融したリチウム化合物との接触が不十分となり、得られるリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の結晶性が低下し、正極材料としてリチウムイオン二次電池を構成する際に、固相内でのリチウム拡散を阻害して電池容量が低下する懸念性がある。また、比表面積が６０ｍ２／ｇを超えると、リチウム化合物と混合し焼成する際に、結晶成長が進み過ぎて、層状化合物であるリチウム遷移金属複合酸化物のリチウム層にニッケルが混入するカチオンミキシングが起こり、充放電容量が減少する場合があるため好ましくない。なお、もっと詳細に言うなら、上述した電池特性を更に安定させるため、比表面積が３０〜５０ｍ２／ｇとなる様に、調整されていることがより好ましい。
【００５６】
特にアルミニウムを含むニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、アルミニウムを含まない場合と比べ、粒子表面の凹凸状態の他、一次粒子の大きさや凝集具合が異なる。よって、本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の比表面積は、上記のように３０〜５０ｍ２／ｇとすることが好ましい。
【００５７】
比表面積の測定方法は、特に限定されないが、例えば、ＢＥＴ多点法や、ＢＥＴ１点法による、窒素ガス吸着・脱離法などにより求めることが出来る。
【００５８】
図１に、本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の断面ＳＥＭ写真を示す。このように、本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、図１に示すように内部構造が中実構造となっている。
【００５９】
本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物によれば、特にナトリウムの含有量を確実に低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体である、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含むニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を提供することができる。また、上記の様に、ナトリウムの含有量を確実に低減させた、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を、前駆体として用いることによって、焼結凝集が抑制され、充填性が高く、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物が得られる。
【００６０】
＜２．リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物＞
本発明の一実施形態に係るリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物は、リチウム、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は前記一次粒子と前記二次粒子で構成される。そして、上記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれるナトリウム含有量が、０．０００５質量％未満であることを特徴とする。
【００６１】
また、上記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれる硫酸根含有量が０．１５質量％以下、塩素根含有量が０．００５質量％以下、かつＬｉ席占有率が９９．０％以上であることが好ましい。
【００６２】
上記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の平均粒径を、前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の平均粒径で除した比、即ち、「リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物のＭＶ／ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物のＭＶ」（これ以降、「ＭＶ比」とも称する）を、焼結凝集を示す指標として評価することが出来る。そのＭＶ比の範囲としては、０．９５〜１．０５であり、０．９７〜１．０３であることが好ましい。
【００６３】
このＭＶ比が、上記の範囲である場合、正極活物質は、焼結凝集に伴う、二次粒子同士の凝集が殆ど発生していない、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物から構成されていることになる。この様な正極活物質を用いた二次電池は、充填性が高く、高容量であり、また、特性のばらつきが少なく均一性に優れたものとなる。
【００６４】
その一方、ＭＶ比が１．０５を超える場合、焼結凝集に伴い、比表面積及び充填性が低下することがある。この様な正極活物質を用いた二次電池は、反応性が悪化することにより、出力特性及び電池容量が低下することがある。また、繰り返して充放電を行った場合、正極において、二次粒子同士が凝集している強度の弱い部分から、選択的に崩壊が起こり、サイクル特性を大きく損なう恐れもあるため、安全に見積もるならば、１．０５以下であり、１．０３以下であることが好ましい。
【００６５】
更に、ＭＶ比が０．９５未満である場合、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の製造工程において、二次粒子から一次粒子の一部が欠落して、粒径が減少したことが考えられ、これにより、粒度分布が広くなることがあるため、０．９５以上であり、０．９７以上であることが好ましい。
【００６６】
なお、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物のＭＶは、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を製造する際に、前駆体として用いたニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物のＭＶを意味する。また、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物のＭＶは、解砕工程を行う場合、解砕工程を行った後のリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物のＭＶを意味する。なお、それぞれの粒子のＭＶは、レーザー回折・散乱方式の粒度分析測定装置で測定することができ、各粒径における粒子数を、粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積の平均値となる粒径を意味する。
【００６７】
また、無作為に選択した１００個以上のリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の粒子を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した際に、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、５％以下であってもよく、３％以下であってもよく、２％以下であってもよい。二次粒子の凝集が観察される個数が上記範囲である場合、二次粒子の焼結凝集が十分に抑制されていることを示す。また、正極活物質のＭＶが上述した範囲である場合、二次粒子の凝集が観察される個数を容易に上記範囲とすることが出来る。なお、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する際の倍率は、例えば、１０００倍程度である。
【００６８】
二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、５％以下である場合、正極活物質は、焼結凝集に伴う、二次粒子同士の凝集が殆ど発生していない、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物から構成していることになる。この様な正極活物質を用いた二次電池は、充填性が高く、高容量であり、また、特性のばらつきが少なく均一性に優れたものとなる。
【００６９】
その一方、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、５％を超える場合、焼結凝集に伴い、比表面積及び充填性が低下することがある。この様な正極活物質を用いた二次電池は、反応性が悪化することにより、出力特性及び電池容量が低下することがある。また、繰り返して充放電を行った場合、正極において、二次粒子同士が凝集している強度の弱い部分から、選択的に崩壊が起こり、サイクル特性を大きく損なう恐れもあるため、安全に見積もるならば、５％以下であることが好ましい。
【００７０】
上記リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に含まれるカリウム、カルシウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つ以上の物質の含有量が、０．０００５質量％未満であることが好ましい。このようにすれば、より不純物の含有量を低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を提供することができる。
【００７１】
ここでリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物は、後述する水洗処理により、若干量であるが、リチウムが洗い流される場合がある。また、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に不純物が多いほど、リチウム原料との焼成反応のときに悪影響を及ぼし、結晶性が悪化すると共に、上記水洗処理時にリチウムがロスしやすくなる。従って、アルミニウムを含むリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物は、Ｌｉで席占有率を示す。ゆえに本発明の一実施形態に係るリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物のＬｉ席占有率は、９９．０％以上であることが好ましい。このようにすれば電池特性がより向上する。
【００７２】
上記のニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、リチウム化合物と混合し焼成することでリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を生成することが出来る。そして、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物は、リチウムイオン二次電池用の正極活物質の原料として用いることが出来る。
【００７３】
正極活物質として用いられるリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物は、前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物と、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３：融点７２３℃）や、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ：融点４６２℃）のほか、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３：融点２６１℃）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ：融点６１３℃）、硫酸リチウム（Ｌｉ２ＳＯ４：融点８５９℃）などのリチウム化合物との混合後、焼成工程を経ることで得られる。
【００７４】
リチウム化合物に関しては、取り扱いの容易さや品質の安定性を考慮すると、炭酸リチウム、又は水酸化リチウムを用いることが特に好ましい。
【００７５】
この焼成工程では、リチウム化合物の構成成分ともなる、炭酸根、水酸基、硝酸根、塩素根、硫酸根は揮発するが、ごく一部は正極活物質に残存する。その他、ナトリウムなどの不揮発成分や、粒度分布や、比表面積については、前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の特徴を、ほぼ引き継ぐこととなる。
【００７６】
また、上記の焼成工程後に、アルミニウムを含むリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を水洗処理する。
【００７７】
本発明の一実施形態に係るリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物によれば、特にナトリウムの含有量を確実に低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質を提供することができる。
【００７８】
＜３．ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法＞
次に本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法について、図２を用いて説明する。本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法は、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は前記一次粒子と前記二次粒子で構成された、正極活物質の前駆体の製造方法である。そして、図２に示すように、晶析工程Ｓ１０と洗浄工程Ｓ２０とを有する。
【００７９】
晶析工程Ｓ１０では、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む原料溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む溶液と、アルカリ溶液とを添加して得られた反応溶液中で晶析し、遷移金属複合水酸化物を得る。そして、洗浄工程Ｓ２０では、上記晶析工程Ｓ１０で得られた上記遷移金属複合水酸化物を、洗浄液で洗浄する。
【００８０】
また、上記晶析工程Ｓ１０における上記アルカリ溶液は、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩との混合溶液であり、上記混合溶液の上記アルカリ金属水酸化物に対する上記炭酸塩のモル比である［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］が、０．００２〜０．０５０であり、上記晶析工程Ｓ１０では、非酸化性雰囲気で晶析を行い、上記洗浄工程Ｓ２０における上記洗浄液は、濃度が０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上の炭酸水素アンモニウム溶液であることを特徴とする。以下、工程ごとに詳細に説明する。
【００８１】
＜３−１．晶析工程＞
晶析工程Ｓ１０では、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む原料溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む溶液と、アルカリ溶液とを添加して得られた反応溶液中で晶析し、遷移金属複合水酸化物を得る。
【００８２】
また、晶析工程Ｓ１０は、更に核生成工程Ｓ１１と、粒子成長工程Ｓ１２とを有することが好ましい。核生成工程Ｓ１１では、液温２５℃を基準に測定するｐＨが１２．０〜１４．０となる様、アルカリ溶液を添加し反応溶液中で核生成を行い、粒子成長工程Ｓ１２では、核生成工程Ｓ１１で形成された核を含有する反応溶液中に、液温２５℃を基準に測定するｐＨが１０．５〜１２．０となる様、アルカリ溶液を添加することが好ましい。詳細は後述する。
【００８３】
従来の連続晶析法では、核生成反応と核成長反応とが、同じ反応槽内で同時に進行するため、得られる前駆体の粒度分布が広範囲となっていた。これに対して、本発明におけるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法は、主として核生成反応が生じる時間（核生成工程）と、主として粒子成長反応が生じる時間（粒子成長工程）とを明確に分離することで、両工程を同じ反応槽内で行ったとしても、狭い粒度分布を持つ遷移金属複合水酸化物が得られる。また、アルカリ溶液を、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩の混合溶液とすることで、不純物である硫酸根などを低減することが出来る。
【００８４】
以下に、本発明におけるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法で用いる材料や、条件について詳細に説明する。
【００８５】
［ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む原料溶液］
ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む原料溶液に用いられる、ニッケル塩、コバルト塩などの金属塩としては、水溶性の化合物であれば、特に限定するものではないが、硫酸塩、硝酸塩、塩化物などを使用することが出来る。例えば、硫酸ニッケル、硫酸コバルトを用いるのが好ましい。
【００８６】
原料溶液の濃度は、金属塩の合計で１．０〜２．６ｍｏｌ／Ｌとすることが好ましく、１．０〜２．２ｍｏｌ／Ｌとすることがより好ましい。１．０ｍｏｌ／Ｌ未満であると、得られる水酸化物スラリー濃度が低く、生産性に劣る。一方、２．６ｍｏｌ／Ｌを超えると、−５℃以下で結晶析出や凍結が起こり、設備の配管を詰まらせる恐れがあり、配管の保温若しくは加温を行わなければならず、コストが掛かる。
【００８７】
更に、原料溶液を反応槽に供給する量は、晶析反応を終えた時点での晶析物濃度が、概ね３０〜２５０ｇ／Ｌ、更には８０〜１５０ｇ／Ｌになる様にすることが好ましい。晶析物濃度が３０ｇ／Ｌ未満の場合には、一次粒子の凝集が不十分になることがあり、２５０ｇ／Ｌを超える場合には、添加する原料溶液の反応槽内での拡散が十分でなく、粒子成長に偏りが生じることがある。
【００８８】
［アルミニウム供給体］
晶析工程で用いるアルミニウム供給体には、アルミン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを含む溶液を使用することが好ましい。それ以外の化合物、例えば、硫酸アルミニウムを用いた場合には、水酸化ニッケルや水酸化コバルトに比べて、水酸化アルミニウムがより低いｐＨで析出するため、水酸化アルミニウムが単独で析出し易く、粒度分布が狭く粒径が整ったニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得ることは出来ない。
【００８９】
アルミニウム供給体は、例えば、所定量のアルミン酸ナトリウムを水に溶解して水溶液とし、水酸化ナトリウムを所定量添加することで得られる。この時、アルミニウム供給体のナトリウムは、アルミニウムに対するモル比で、１．０〜３．０であることがより好ましい。ナトリウム量、つまり水酸化ナトリウム量が、モル比で１．０〜３．０の範囲を外れた場合には、アルミニウム供給体の安定性が低下し、反応槽に添加された直後、或いは、添加される前に、水酸化アルミニウムが微細粒子として析出し易くなる。その結果、水酸化ニッケル及び水酸化コバルトとの共沈反応が起こり難くなり、粒度分布が広く粒径がばらついたニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物が生成すると共に、粒子のアルミニウムの分散が不均一になるなどの問題が生じる可能性があるため好ましくない。
【００９０】
アルミニウムを、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物に、均一に分散させるためには、ニッケル及びコバルトを含む原料溶液と、アルミニウム供給体を反応槽に同時に添加すればよい。この際、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を、目標とする組成比にするべく、ニッケル、コバルト、アルミニウムの金属濃度と、原料溶液及びアルミニウム供給体の添加流量を調整する。
【００９１】
［アンモニウムイオン供給体］
反応溶液中のアンモニウムイオン供給体は、水溶性化合物ならば、特に限定するものではなく、アンモニア水、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使用することができ、例えば、アンモニア水、硫酸アンモニウムを用いるのが好ましい。
【００９２】
反応溶液中のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは３〜２５ｇ／Ｌ、より好ましくは１０〜２０ｇ／Ｌ、更に好ましくは５〜１５ｇ／Ｌとなる様に調節する。反応溶液中にアンモニウムイオンが存在することにより、金属イオン、特にニッケルイオンはアンミン錯体を形成し、金属イオンの溶解度が大きくなり、一次粒子の成長が促進され、緻密なニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物粒子が得られ易い。更には、金属イオンの溶解度が安定するため、形状及び粒径が整ったニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物粒子が得られ易い。そして、反応溶液中のアンモニウムイオン濃度を３〜２５ｇ／Ｌとすることで、より緻密で形状及び粒径が整った複合水酸化物粒子が得られ易い。
【００９３】
反応溶液中のアンモニウムイオン濃度が３ｇ／Ｌ未満であると、金属イオンの溶解度が不安定になる場合があり、形状及び粒径が整った一次粒子が形成されず、ゲル状の核が生成して粒度分布が広くなることがある。これに対して、アンモニウムイオン濃度が２５ｇ／Ｌを超える濃度では、金属イオンの溶解度が大きくなり過ぎ、反応溶液中に残存する金属イオン量が増えることにより、組成のずれが起きる場合がある。なお、アンモニウムイオンの濃度は、イオン電極法（イオンメータ）によって測定することが出来る。
【００９４】
［アルカリ溶液］
アルカリ溶液は、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩の混合溶液で調整される。アルカリ溶液は、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩のモル比を表す［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］が、０．００２〜０．０５０である。また、０．００５〜０．０３０であることがより好ましく、０．０１０〜０．０２５であることが更に好ましい。
【００９５】
アルカリ溶液を、アルカリ金属水酸化物と炭酸塩の混合溶液とすることで、晶析工程において得られるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物に、不純物として残留する硫酸根や塩素根などの陰イオンを、炭酸根と置換除去することが出来る。炭酸根は、硫酸根や塩素根などに比べて、強熱することで、より揮発し易く、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物とリチウム化合物を混合し、焼成する工程で優先的に揮発するため、正極材料であるリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物には、殆ど残留しない。
【００９６】
［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］が０．００２未満であると、晶析工程において、原料由来の不純物である硫酸根や塩素根と炭酸イオンの置換が不十分となり、これらの不純物をニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物中に取り込み易くなる。一方、［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］が０．０５０を超えても、原料由来の不純物である硫酸根や塩素根の低減は変わらず、過剰に加えた炭酸塩は、コストを増加させる。
【００９７】
アルカリ金属水酸化物は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの中の１種以上であることが好ましく、水に溶解し易い化合物は添加量を制御し易く好ましい。
【００９８】
炭酸塩は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウムの中の１種以上であることが好ましく、水に溶解し易い化合物は添加量を制御し易く好ましい。
【００９９】
また、アルカリ溶液を反応槽に添加する方法については、特に限定されるものではなく、定量ポンプなど、流量制御が可能なポンプで、反応溶液のｐＨが後述する範囲に保持される様に、添加すればよい。
【０１００】
［ｐＨ制御］
晶析工程Ｓ１０では、液温２５℃を基準に測定する反応溶液のｐＨが１２．０〜１４．０になる様に、アルカリ溶液を添加して、核生成を行う核生成工程Ｓ１１と、この核生成工程Ｓ１１において形成された核を含有する粒子成長用溶液を、液温２５℃を基準に測定するｐＨが１０．５〜１２．０となる様に、アルカリ溶液を添加して、核を成長させる粒子成長工程Ｓ１２とからなることがより好ましい。
【０１０１】
つまり、核生成反応と粒子成長反応とが、同じ槽内において同じ時期に進行するのではなく、主として核生成反応（核生成工程Ｓ１１）が生じる時間と、主として粒子成長反応（粒子成長工程Ｓ１２）が生じる時間とを明確に分離したことを特徴としている。以下に核生成工程Ｓ１１及び粒子成長工程Ｓ１２を詳細に説明する。
【０１０２】
＜３−１−１．核生成工程＞
核生成工程Ｓ１１では、反応溶液のｐＨが、液温２５℃基準で１２．０〜１４．０の範囲となる様に制御することが好ましい。ｐＨが１４．０を超える場合、生成する核が微細になり過ぎ、反応溶液がゲル化する場合がある。また、ｐＨが１２．０未満では、核形成と共に、核の成長反応が生じるので、形成される核の粒度分布の範囲が広くなり、不均質なものとなってしまう場合がある。
【０１０３】
即ち、核生成工程Ｓ１１において、１２．０〜１４．０の範囲に反応溶液のｐＨを制御することで、核の成長を抑制して、ほぼ核生成のみを起こすことができ、形成される核も均質かつ粒度分布の範囲がより狭いものとすることが出来る。
【０１０４】
＜３−１−２．粒子成長工程＞
粒子成長工程Ｓ１２においては、反応溶液のｐＨが、液温２５℃基準で１０．５〜１２．０とすることが好ましく、より好ましくは１１．０〜１２．０の範囲である。ｐＨが１２．０を超える場合は、新たに生成される核が多くなり、微細二次粒子が生成するため、粒度分布が良好な水酸化物が得られない場合がある。また、ｐＨが１０．５未満では、アンモニウムイオンによる溶解度が高く、析出せずに液中に残る金属イオンが増えるため、生産効率が悪化する場合がある。
【０１０５】
つまり、粒子成長工程Ｓ１２において、１０．５〜１２．０の範囲に反応溶液のｐＨを制御することで、核生成工程Ｓ１１で生成した核の成長のみを優先的に起こさせ、新たな核形成を抑制することができ、得られるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を、均質かつ粒度分布の範囲をより狭いものとすることが出来る。
【０１０６】
なお、ｐＨが１２．０の場合には、核生成と核成長の境界条件であるため、反応溶液中に存在する核の有無により、核生成工程若しくは粒子成長工程のいずれかの条件とすることが出来る。即ち、核生成工程Ｓ１１のｐＨを１２．０より高くして多量に核生成させた後、粒子成長工程Ｓ１２でｐＨを１２．０とすると、反応水溶液中に多量の核が存在するため、核の成長が優先して起こり、より粒度分布が狭く比較的大きな粒径の上記水酸化物が得られる。
【０１０７】
その一方、反応溶液中に核が存在しない状態、つまり、核生成工程Ｓ１１においてｐＨを１２．０とした場合には、成長する核が存在しないため、核生成が優先して起こり、粒子成長工程Ｓ１２のｐＨを１２．０より小さくすることで、生成した核が成長してより良好な水酸化物が得られる。
【０１０８】
いずれの場合においても、粒子成長工程Ｓ１２のｐＨを、核生成工程Ｓ１１のｐＨより低い値で制御すればよく、核生成と粒子成長を明確に分離するためには、粒子成長工程Ｓ１２のｐＨを、核生成工程Ｓ１１のｐＨより０．５以上低くすることが好ましく、１．０以上低くすることがより好ましい。
【０１０９】
以上の様に、核生成工程Ｓ１１と粒子成長工程Ｓ１２をｐＨにより明確に分離することで、核生成工程Ｓ１１では核生成が優先して起こり、核の成長は殆ど生じず、逆に、粒子成長工程Ｓ１２では核成長のみが生じ、殆ど新しい核は生成されない。これにより、核生成工程Ｓ１１では、粒度分布の範囲が狭く均質な核を形成させることができ、また、粒子成長工程Ｓ１２では、均質に核を成長させることが出来る。従って、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法では、粒度分布の範囲がより狭く均質なニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物粒子を得ることが出来る。
【０１１０】
［反応溶液温度］
反応槽内において、反応溶液の温度は、好ましくは２０〜８０℃、より好ましくは３０〜７０℃、更に好ましくは３５〜６０℃に設定する。反応溶液の温度が２０℃未満の場合には、金属イオンの溶解度が低いため、核発生が起こり易く制御が難しくなる。その一方、８０℃を超える場合は、アンモニアの揮発が促進されるので、所定のアンモニア濃度を保つために、過剰のアンモニウムイオン供給体を添加しなければならならず、コスト高となる。
【０１１１】
［反応雰囲気］
ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の粒径及び粒子構造は、晶析工程Ｓ１０における反応雰囲気によっても制御される。従って、晶析工程Ｓ１０では、非酸化性雰囲気で晶析を行う。晶析工程Ｓ１０中の反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気に制御した場合、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を形成する一次粒子の成長が促進されて、一次粒子が大きく緻密で、粒径が適度に大きな二次粒子が形成される。特に、晶析工程Ｓ１０において、酸素濃度が５．０容量％以下、好ましくは２．５容量％以下、より好ましくは１．０容量％以下の非酸化性雰囲気とすることで、比較的大きな一次粒子からなる核生成されると共に、一次粒子の凝集により粒子成長が促進され、適度な大きさの二次粒子を得ることが出来る。よって、図１に示すような中実型のニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物となる。一方、晶析工程中の反応槽内の雰囲気を酸化性雰囲気に制御した場合、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を形成する一次粒子の成長が抑制され、微細一次粒子からなり、粒子中心部に空間、若しくは微細な空隙が多数分散する二次粒子が形成される。
【０１１２】
ところで、非酸化性雰囲気とは、酸素濃度が５.０容量％以下、好ましくは２．５容量％以下、より好ましくは１．０容量％以下の酸素と、不活性ガスの混合雰囲気を示す。この様な非酸化性雰囲気に、反応槽内空間を保つための手段としては、窒素などの不活性ガスを、反応槽内空間部へ流通させること、更には反応溶液中に不活性ガスをバブリングさせることが挙げられる。なお晶析工程Ｓ１０における、バブリングの好ましい流量は、３〜７Ｌ／分であり、より好ましくは５Ｌ／分程度である。
【０１１３】
一方、酸化性雰囲気とは、酸素濃度が５.０容量％を超える、好ましくは１０．０容量％以上、より好ましくは１５．０容量％以上の雰囲気を示す。
【０１１４】
本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物のような中実構造を造り込む場合には、晶析工程Ｓ１０の間、反応槽内の雰囲気を不活性雰囲気又は酸素濃度を０．２容量％以下に制御した非酸化性雰囲気とすることが好ましい。
【０１１５】
なお、上記に核生成工程Ｓ１１及び粒子成長工程Ｓ１２を説明したが、核生成及び粒子成長をさせながら、反応雰囲気の制御を同時進行で行う。
【０１１６】
＜３−２．洗浄工程＞
洗浄工程Ｓ２０では、上記晶析工程Ｓ１０で得られた遷移金属複合水酸化物を、洗浄液で洗浄する。
【０１１７】
［洗浄液種類］
洗浄工程Ｓ２０では、炭酸塩、炭酸水素塩（重炭酸塩）、水酸化物のアルカリ金属塩やアンモニウム塩を基とした洗浄液で洗浄する。好ましくは、炭酸塩、炭酸水素塩（重炭酸塩）、若しくは、それらの混合物を、水で溶解した洗浄液を用いて、遷移金属複合水酸化物を洗浄する。
【０１１８】
そのようにすることで、不純物である硫酸根や塩素根などの陰イオンを、洗浄液中の炭酸イオンや炭酸水素イオン（重炭酸イオン）との置換反応を利用して、効率良く除去することが出来る。また、炭酸塩や炭酸水素塩（重炭酸塩）を用いることで、水酸化物を用いた場合に比べて、ナトリウムなどのアルカリ金属の混入も抑制することが出来る。その他、空隙構造を有する遷移金属複合水酸化物において、水酸化物を用いた場合は、粒子内部の不純物を除去することが困難であり、この点でも、炭酸塩や炭酸水素塩（重炭酸塩）を用いたほうが効果的である。
【０１１９】
炭酸塩としては、炭酸カリウムを選択するのが好ましく、炭酸水素塩（重炭酸塩）としては、炭酸水素カリウム、炭酸水素アンモニウムを選択するのが好ましい。また、炭酸塩や炭酸水素塩（重炭酸塩）のうち、アンモニウム塩を選択することによって、不純物であるナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの陽イオンを、洗浄液中のアンモニウムイオンとの置換反応を利用して、効率良く除去することが出来る。更に、アンモニウム塩のうち、炭酸水素アンモニウム（重炭安）を選択することによって、ナトリウムなどの陽イオンを、最も効率良く除去することが出来る。
【０１２０】
何故なら、ナトリウムなどの陽イオンとアンモニウムイオンとの置換反応のみならず、これに加えて、炭酸水素アンモニウム（重炭安）が持つ、他の塩よりも優れた性質、即ち、洗浄液とした際の炭酸ガスの発泡効率の高さが、ナトリウムなどの陽イオンを除去するのに、大きく寄与しているものと考えられる。
【０１２１】
［濃度及びｐＨ］
洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液の濃度は、０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上とする。濃度が０．０５ｍｏｌ／Ｌ未満の場合、不純物である硫酸根、塩素根、ナトリウムの除去効果が低下する恐れがある。また、濃度が０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上なら、これらの不純物の除去効果は変わらない。それ故に、炭酸水素アンモニウム（重炭安）を過剰に加えると、コスト増加や排水基準などの環境負荷にも影響を及ぼすので、上限濃度を１．０ｍｏｌ／Ｌ程度に設定することが好ましい。
【０１２２】
なお、炭酸水素アンモニウム溶液のｐＨは、濃度が０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上ならば、特に調整する必要は無く、成り行きのｐＨで構わない。仮に、濃度が０．０５〜１．０ｍｏｌ／Ｌであるなら、そのｐＨは、おおよそ８．０〜９．０の範囲内となる。
【０１２３】
［液温］
洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液の液温は、特に限定されないが、１５〜５０℃が好ましい。液温が上記範囲であれば、不純物との置換反応や、炭酸水素アンモニウムから発生する炭酸ガスの発泡効果がより良好であり、不純物の除去が効率的に進む。
【０１２４】
［液量］
洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液の液量は、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物１ｋｇに対し、１〜２０Ｌである （スラリー濃度としては、５０〜１０００ｇ／Ｌである）ことが好ましい。１Ｌ未満では 、十分な不純物の除去効果が得られない場合がある。また、２０Ｌを超える液量を用いても、不純物の除去効果は変わらず、過剰な液量では、コスト増加や排水基準などの環境負荷にも影響を及ぼし、排水処理における排水量の負荷増加の要因ともなる。
【０１２５】
［洗浄時間］
炭酸水素アンモニウム溶液による洗浄時間は、不純物を十分除去出来れば、特に限定されないが、通常は０．５〜２時間である。
【０１２６】
［洗浄方法］
洗浄方法としては、１）炭酸水素アンモニウム溶液にニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を添加し、スラリー化して撹拌洗浄を行った後、濾過する一般的な洗浄方法や、若しくは、２）中和晶析により生成したニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を含むスラリーを、フィルタープレスなどの濾過機に供給して、炭酸水素アンモニウム溶液を通液する、通液洗浄を行うことが出来る。通液洗浄は、不純物の除去効果が高く、濾過と洗浄を同一の設備で連続的に行うことが可能で、生産性が高いため、より好ましい。
【０１２７】
また、炭酸水素アンモニウム溶液での洗浄後は、置換反応によって洗い出された不純物を含む洗浄液が、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物に付着している場合があるため、最後に水洗することが好ましい。更に、水洗した後は、濾過したニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の付着水を乾燥する、乾燥工程（不図示）を行うことが好ましい。
【０１２８】
上記洗浄工程Ｓ２０を経て得られたニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物は、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含む一次粒子が凝集した二次粒子、又は上記一次粒子と上記二次粒子で構成された、正極活物質の前駆体であり、上記ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物に含まれるナトリウム含有量が、０．０００５質量％未満であることを特徴とする。
【０１２９】
本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法によれば、特にナトリウムの含有量を確実に低減させ、高容量化が可能なリチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体である、ニッケル、コバルト、アルミニウムを含むニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法を提供することができる。
【０１３０】
＜４．リチウムイオン二次電池＞
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述したリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を含む正極を備えることを特徴とする。また、上記リチウムイオン二次電池は、一般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ることができ、例えば、正極、負極及び非水系電解質を含む。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、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、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
【０１３１】
（ａ）正極
先に述べた正極活物質であるリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を用い、例えば、以下のようにして、リチウムイオン二次電池の正極を作製する。まず、粉末状の正極活物質、導電剤、結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭、粘度調整等の目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合剤ペーストを作製する。正極合材ペースト中のそれぞれの成分の混合比は、例えば、溶剤を除いた正極合剤の固形分の全質量を１００質量部とした場合、一般のリチウムイオン二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を６０〜９５質量部とし、導電剤の含有量を１〜２０質量部とし、結着剤の含有量を１〜２０質量部とすることが好ましい。
【０１３２】
得られた正極合剤ペーストを、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、シート状の正極を作製することができる。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。ただし、正極の作製方法は、例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。
【０１３３】
正極の導電剤としては、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（登録商標）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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
なお、必要に応じ、正極活物質、導電剤、活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合剤に添加する。溶剤としては、具体的には、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。また、正極合剤には、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。
【０１３６】
（ｂ）負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金等、あるいは、リチウムイオンを吸蔵及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剤を、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使用する。
【０１３７】
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。この場合、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、これらの活物質及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。
【０１３８】
（ｃ）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、例えば、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。
【０１３９】
（ｄ）非水系電解質
非水系電解質としては、非水系電解液を用いることができる。非水系電解液は、例えば、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものを用いてもよい。また、非水系電解液として、イオン液体にリチウム塩が溶解したものを用いてもよい。なお、イオン液体とは、リチウムイオン以外のカチオンおよびアニオンから構成され、常温でも液体状を示す塩をいう。
【０１４０】
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種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いることができる。
【０１４１】
支持塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、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。
【０１４２】
また、非水系電解質としては、固体電解質を用いてもよい。固体電解質は、高電圧に耐えうる性質を有する。固体電解質としては、無機固体電解質、有機固体電解質が挙げられる。
【０１４３】
無機固体電解質として、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質等が用いられる。
【０１４４】
酸化物系固体電解質としては、特に限定されず、酸素（Ｏ）を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。酸化物系固体電解質としては、例えば、リン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）、Ｌｉ３ＰＯ４ＮＸ、ＬｉＢＯ２ＮＸ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４−Ｌｉ３ＰＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ、Ｌｉ１＋ＸＡｌＸＴｉ２−Ｘ（ＰＯ４）３（０≦Ｘ≦１）、Ｌｉ１＋ＸＡｌＸＧｅ２−Ｘ（ＰＯ４）３（０≦Ｘ≦１）、ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３、Ｌｉ３ＸＬａ２／３−ＸＴｉＯ３（０≦Ｘ≦２／３）、Ｌｉ５Ｌａ３Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ６ＢａＬａ２Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ３．６Ｓｉ０．６Ｐ０．４Ｏ４等が挙げられる。
【０１４５】
硫化物系固体電解質としては、特に限定されず、硫黄（Ｓ）を含有し、かつ、リチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有するものであれば用いることができる。硫化物系固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−Ｓｉ２Ｓ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５等が挙げられる。
【０１４６】
なお、無機固体系電解質としては、上記以外のものを用いてよく、例えば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ等を用いてもよい。
【０１４７】
有機固体電解質としては、イオン伝導性を示す高分子化合物であれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの共重合体などを用いることができる。また、有機固体電解質は、支持塩（リチウム塩）を含んでいてもよい。
【０１４８】
（ｅ）電池の形状、構成
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、例えば、上述したような正極、負極、セパレータ及び非水系電解質で構成される。また、リチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されず、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、正極及び負極を、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、非水系電解質を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、及び、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、リチウムイオン二次電池を完成させる。
【０１４９】
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述の正極活物質から構成された正極を備えることにより、特にナトリウムの含有量を確実に低減させ、焼結凝集を抑制し、さらなる電池特性の向上が可能となる。
【実施例】
【０１５０】
次に、本発明の一実施形態に係るニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法、ニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物及びリチウムイオン二次電池について、実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【０１５１】
実施例１〜１６、比較例１〜８について、晶析工程で得られた遷移金属複合水酸化物を、洗浄、濾過、乾燥操作を経て、前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物として回収した後、以下の方法で各種分析を行った。
【０１５２】
［組成、カルシウム及びマグネシウム含有量］
組成、カルシウム及びマグネシウム含有量は、酸分解−ＩＣＰ発光分光分析法で分析し、測定にはマルチ型ＩＣＰ発光分光分析装置である、ＩＣＰＥ−９０００（島津製作所社製）を用いた。
【０１５３】
［ナトリウム及びカリウム含有量］
ナトリウム及びカリウム含有量は、酸分解−原子吸光分析法で分析し、測定には原子吸光分析装置である、原子吸光分光光度計２４０ＡＡ（アジレント・テクノロジー株式会社製）を用いた。
【０１５４】
［硫酸根含有量］
硫酸根含有量は、酸分解−ＩＣＰ発光分光分析法で全硫黄含有量を分析し、この全硫黄含有量を、硫酸根（ＳＯ４２−）に換算することにより求めた。なお、測定にはマルチ型ＩＣＰ発光分光分析装置である、ＩＣＰＥ−９０００（島津製作所社製）を用いた。
【０１５５】
［塩素根含有量］
塩素根含有量は、試料を直接、又は蒸留操作で含まれる塩素根を塩化銀の形で分離して、蛍光Ｘ線分析法（ＸＲＦ）で分析した。なお、測定には蛍光Ｘ線分析装置である、Ａｘｉｏｓ（スペクトリス株式会社製）を用いた。
【０１５６】
［平均粒径及び粒度分布］
平均粒径（ＭＶ）及び粒度分布〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径〕は、レーザー回折・散乱法を用いて測定した体積基準分布から求めた。なお、測定にはレーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置である、マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸII（マイクロトラック・ベル株式会社製）を用いた。
【０１５７】
［比表面積］
比表面積は、ＢＥＴ１点法による、窒素ガス吸着・脱離法で分析し、測定にはガス流動方式の比表面積測定装置である、マックソーブ１２００シリーズ（株式会社マウンテック製）を用いた。
【０１５８】
［正極活物質の製造及び評価］
また、本発明のニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を原料とした正極活物質である、リチウム金属複合酸化物、もっと詳しく言えば、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物は、以下の方法で製造及び評価を行った。
【０１５９】
［Ａ、正極活物質の製造］
前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を、空気（酸素：２１容量％）気流中において、７００℃で６時間の熱処理を行い、金属複合酸化物を回収した。更に、Ｌｉ ／Ｍｅ＝１．０２５となる様に、リチウム化合物である水酸化リチウムを秤量し、回収した金属複合酸化物と混合して、リチウム混合物を作製した。なお、混合操作には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）を用いた。
【０１６０】
次に、作製したリチウム混合物を、酸素（酸素：１００容量％）気流中において、５００℃で４時間仮焼し、更に７３０℃で２４時間焼成し、冷却後に解砕して、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を得た。
【０１６１】
［Ｂ、正極活物質の評価］
得られたリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物において、ナトリウム含有量、カリウム含有量、カルシウム含有量、マグネシウム含有量、硫酸根含有量、塩素根含有量の分析には、上述の分析方法及び分析機器を用いた。また、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物の結晶性を示すＬｉ席占有率は、Ｘ線回折分析装置（ＸＲＤ）を用いて測定した回折パターンから、リートベルト解析を行うことで算出した。なお、測定にはＸ線回折分析装置Ｘ‘Ｐｅｒｔ−ＰＲＯ（スペクトリス株式会社製）を用いた。Ｌｉ席占有率は、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物のリチウム元素が、層状構造のリチウム層（Ｌｉ席）中に占めるリチウム元素の存在割合を示す。Ｌｉ席占有率は、電池特性と相関があり、Ｌｉ席占有率が高い程、良好な電池特性を示す。
【０１６２】
以下、実施例及び比較例の各条件について、説明する。
【０１６３】
（実施例１）
実施例１では、晶析工程における晶析の反応槽（５Ｌ）内に、水を０．９Ｌ入れて撹拌しながら、槽内温度を５０℃に設定し、反応槽に窒素ガスを流通させて窒素雰囲気とした。この時の反応槽内空間の酸素濃度は２．０容量％であった。
【０１６４】
反応槽内の水中に、２５％水酸化ナトリウム水溶液と、アンモニウムイオン供給体である２５％アンモニア水を適量加えて、液温２５℃を基準に測定するｐＨとして、槽内の反応溶液のｐＨが１２．８となる様に調整した。また、反応溶液のアンモニウムイオン濃度は、１０ｇ／Ｌに調整した。
【０１６５】
次に、硫酸ニッケル、塩化コバルトを水に溶かして、２．０ｍｏｌ／Ｌの原料溶液を作製した。この原料溶液では、各金属の元素モル比が、Ｎｉ：Ｃｏ ＝０．８４：０．１６となる様に調整した。別途、アルミン酸ナトリウムの所定量を水に溶かして、その溶液に２５％水酸化ナトリウム溶液を、アルミニウムに対するナトリウムのモル比が１．７となる様に添加し、アルミニウム供給体を作製した。更に、アルカリ金属水酸化物である水酸化ナトリウムと、炭酸塩である炭酸ナトリウムを、［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］が０．０２５となる様、水に溶解してアルカリ溶液を作製した。
【０１６６】
原料溶液を、反応槽内の反応溶液に１２．９ｍｌ／分で加え、それと共にアンモニウムイオン供給体やアルカリ溶液も、反応溶液に一定速度で加えていき、反応溶液中のアンモニウムイオン濃度を１０ｇ／Ｌに保持した状態において、ｐＨを１２．８（核生成工程ｐＨ）に制御し、晶析を２分３０秒間実施することで、核生成を行った。アルミニウム供給体の添加速度は、スラリーの金属元素モル比が、Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌ＝８１：１６：３となる様に調整した。
【０１６７】
その後、反応溶液のｐＨが、液温２５℃を基準に測定するｐＨとして１１．６（粒子成長工程ｐＨ）になるまで、６４％硫酸を添加した。液温２５℃を基準に測定するｐＨとして、反応溶液のｐＨが１１．６に到達した後に、原料溶液、アルミニウム供給体、アンモニウムイオン供給体、アルカリ溶液の供給を再開し、ｐＨを１１．６に制御したまま、晶析を４時間継続し粒子成長を行うことにより、遷移金属複合水酸化物を得た。
【０１６８】
得られた遷移金属複合水酸化物を、フィルタープレス濾過機によって固液分離した後、濃度が０．０５ｍｏｌ／Ｌの炭酸水素アンモニウム溶液を洗浄液に用い、遷移金属複合水酸化物１ｋｇに対し、洗浄液を５Ｌの割合で、フィルタープレス濾過機に通液することにより不純物を除去し、その後、更に水を通液して水洗した。そして、水洗した遷移金属複合水酸化物の付着水を乾燥し、前駆体となるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１６９】
（実施例２）
実施例２では、アルミニウム供給体の添加速度を、スラリーの金属元素モル比が、Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌ＝７８：１５：７となる様に調整した以外は、実施例１と同様にしてニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７０】
（実施例３）
実施例３では、アルミニウム供給体の添加速度を、スラリーの金属元素モル比が、Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌ＝７４：１４：１２となる様に調整した以外は、実施例１と同様にしてニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７１】
（実施例４）
実施例４では、アルミニウム供給体の添加速度を、スラリーの金属元素モル比が、Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌ＝６９：１３：１８となる様に調整した以外は、実施例１と同様にしてニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７２】
（実施例５）
実施例５では、アルカリ溶液を作製する際に、［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］が０．００３となる様に調整した以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７３】
（実施例６）
実施例６では、アルカリ溶液を調整する際に、［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］が０．０４８となる様に調整した以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７４】
（実施例７）
実施例７では、アルミニウム供給体作製において、アルミン酸ナトリウムを水に溶かした溶液に、２５％水酸化ナトリウム溶液を、アルミニウムに対するナトリウムの比が１．０となる様に添加した以外は、実施例１と同様にしてニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７５】
（実施例８）
実施例８では、アルミニウム供給体作製において、アルミン酸ナトリウムを水に溶かした溶液に、２５％水酸化ナトリウム水溶液を、アルミニウムに対するナトリウムの比が３．０となる様に添加した以外は、実施例１と同様にしてニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７６】
（実施例９）
実施例９では、核生成工程のｐＨを１３．６とした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７７】
（実施例１０）
実施例１０では、核生成工程のｐＨを１２．３とした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７８】
（実施例１１）
実施例１１では、粒子成長工程のｐＨを１１．８とした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１７９】
（実施例１２）
実施例１２では、粒子成長工程のｐＨを１０．６とした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８０】
（実施例１３）
実施例１３では、アルカリ溶液を調整する際に、アルカリ金属水酸化物を水酸化カリウムとし、炭酸塩を炭酸カリウムとした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８１】
（実施例１４）
実施例１４では、アルカリ溶液を調整する際に、炭酸塩を炭酸アンモニウムとし、アンモニウムイオン濃度を２０ｇ／Ｌに調整した以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８２】
（実施例１５）
実施例１５では、槽内温度を３５℃に設定した以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８３】
（実施例１６）
実施例１６では、濃度が１．００ｍｏｌ／Ｌの炭酸水素アンモニウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８４】
（比較例１）
比較例１では、アルカリ溶液の調整に水酸化ナトリウムのみを用い、［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］を考慮しない様にした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８５】
（比較例２）
比較例２では、アルカリ溶液を調整する際に、［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］が０．００１となる様に調整した以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８６】
（比較例３）
比較例３では、アルカリ溶液を調整する際に、［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］が０．０５５となる様に調整した以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８７】
（比較例４）
比較例４では、洗浄工程を省いて、炭酸水素アンモニウム溶液による洗浄を行わない様にした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８８】
（比較例５）
比較例５では、濃度が０．０２ｍｏｌ／Ｌの炭酸水素アンモニウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１８９】
（比較例６）
比較例６では、炭酸アンモニウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１９０】
（比較例７）
比較例７では、炭酸水素ナトリウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１９１】
（比較例８）
比較例８では、炭酸ナトリウム溶液を洗浄液とした以外は、実施例１と同様にして、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物を得た。
【０１９２】
以上の条件及び結果を表１、表２及び表３に示す。
【０１９３】
【表１】
2020176050.tif 000003
【０１９４】
【表２】
2020176050.tif 000004
【０１９５】
【表３】
2020176050.tif 000005
【０１９６】
（総合評価）
表１、表２及び表３に示す通り、実施例１〜１６では、前駆体であるニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物において、晶析工程及び洗浄工程の各条件が、全て好ましい範囲内であった。それ故、ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物だけに限らず、正極活物質であるリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物に関しても、不純物除去において、ナトリウム含有量をはじめ、硫酸根含有量や塩素根含有量のほか、カリウム、カルシウム、マグネシウム含有量が、十分に低減されていた。更に、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物では、Ｌｉ席占有率が９９．０％を超えており、結晶性にも優れた結果となり、電池特性が向上した。
【０１９７】
特に、ナトリウム含有量については、前駆体及び正極活物質のどちらも、全ての実施例データが、定量（分析）（０．０００５質量％）未満という、非常に良好な結果を示した。また、カリウム、カルシウム、マグネシウムについても、ナトリウムと同様の結果が得られた。このため、正極活物質において、ナトリウムなどが、リチウムサイトに固溶することなく、焼結凝集の指標となるＭＶ比は、０．９５〜１．０５の範囲内であり、更に、無作為に選択した１００個以上の粒子を、走査型電子顕微鏡により観察した際に、二次粒子の凝集が観察される個数が、観察した全二次粒子数に対して、５％以下であった。
【０１９８】
ここで、定量下限とは、ある分析方法による、目的成分の分析（定量）が可能な最小量、又は最小濃度を意味する。また、測定における目的成分の信号検出が可能な最小量（値）を検出限界、測定で得られる目的成分の信号において、信頼性が担保される最小量（値）を測定下限と言う。更に、分析試料を測定検体液に調製する過程で、元の分析試料から、どれだけ濃縮若しくは希釈されたかを示す希釈倍率を、測定下限に乗ずることにより、定量下限が求められる。
【０１９９】
つまり、例えば、本発明でのナトリウム含有量及びカリウム含有量は、原子吸光分析装置の測定下限０．０５μｇ／ｍＬに対し、分析試料１ｇを酸分解して測定検体液１００ｍＬに調製（希釈倍率は１００倍）したことから、定量下限は５ｐｐｍ（μｇ／ｇ）であり、即ち、０．０００５質量％となる。また、本発明でのカルシウム含有量及びマグネシウム含有量は、ＩＣＰ発光分光分析装置の測定下限０．０５μｇ／ｍＬに対し、分析試料１ｇを酸分解して測定検体液１００ｍＬに調製（希釈倍率は１００倍）したことから、定量下限は５ｐｐｍ（μｇ／ｇ）であり、即ち、０．０００５質量％となる。
【０２００】
これに対して、比較例１〜８では、アルカリ溶液を作製する際の［ＣＯ３２−］／［ＯＨ−］や、洗浄液である炭酸水素アンモニウム溶液の濃度が、好ましい範囲で無かったり、炭酸水素アンモニウム溶液以外の洗浄液を用いたり、最適条件から逸脱していたことから、実施例の様な優れた効果は得られなかった。
【０２０１】
以上より、特にナトリウムの含有量を確実に低減させて、焼結凝集が抑制され、さらなる電池特性の向上が可能な正極活物質である、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物及びリチウムイオン二次電池を提供することができた。
ところで、例えば、分析化学分野においては、分析・試験の基準となる標準物質を提供している試薬メーカーなどが、日々、更なる標準物質の高純度化に取り組んでおり、不純物を極力低減するための研究が行われている。このことからも、本発明が開示する、ナトリウムをはじめとする不純物の含有量を、可能な限り低減した、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物が、単に設計事項を変更したものでは無いことは、言うまでも無く明らかである。
【０２０２】
なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【０２０３】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。またリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物及びリチウムイオン二次電池の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０２０４】
Ｓ１０  晶析工程、Ｓ１１  核生成工程、Ｓ１２  粒子成長工程、Ｓ２０  洗浄工程
【図１】
2020176050.tif 000006
【図２】
2020176050.tif 000007