(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性、出力特性を改善した正極活物質、及びその製造方法の提供。【解決手段】第１の原料水溶液を用いて、核生成工程および粒子成長工程の第１段階を非酸化性雰囲気で行い、その後、反応雰囲気の切替により、第２段階を酸化性雰囲気で、第３段階を非酸化性雰囲気で、第４段階を酸化性雰囲気で、第５段階を非酸化性雰囲気で行い、かつ、第４段階と第５段階の切替時に第１の原料水溶液から第２の原料水溶液に切り替え、得られる前駆体としての複合水酸化物を、多層構造とする際に、非酸化性雰囲気における酸素濃度を２容量％以下とし、酸化性雰囲気における酸素濃度を２容量％を超えて５容量％以下とすることにより、三元系でありながら微細一次粒子の平均粒径が０．０２μｍ以上であって、タップ密度が０．９５ｇ／ｃｍ３以上と十分な強度を有する複合水酸化物を得、これを前駆体として、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆を有する正極活物質を得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体であって、複数の板状一次粒子および該板状一次粒子よりも小さな微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなる、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物であって、
前記二次粒子は、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された中心部と、該中心部の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第１の低密度層と、第１の低密度層の外側に、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された高密度層と、該高密度層の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第２の低密度層と、第２の低密度層の外側に、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された外殻層とを備え、および、
タップ密度が、０．９５ｇ／ｃｍ３以上である、
ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物。
【請求項２】
前記二次粒子の平均粒径ＭＶは、３μｍ〜１２μｍの範囲にあり、かつ、前記二次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ＭＶ〕は、０．６５以下である、請求項１に記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物。
【請求項３】
前記中心部の半径は、前記二次粒子の粒径の２０％〜４０％の範囲にあり、第１の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の３％〜１５％の範囲にあり、前記高密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の２％〜１０％の範囲にあり、第２の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の２％〜１０％の範囲にあり、前記外殻層の厚さは、前記二次粒子の粒径の２％〜１０％の範囲にある、請求項１または２に記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物。
【請求項４】
前記板状一次粒子の平均粒径は、０．３μｍ〜３μｍの範囲にあり、前記微細一次粒子の平均粒径は、０．０２μｍ〜０．３μｍの範囲にある、請求項１〜３のいずれかに記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物。
【請求項５】
一般式（Ａ）：ＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔ（ＯＨ）２＋ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、０≦ａ≦０．５、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表される組成を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物。
【請求項６】
反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を得る工程を備える、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法であって、
前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を得る工程は、前記反応水溶液の液温２５℃基準におけるｐＨ値を１２．０〜１４．０の範囲となるように制御することにより、核生成を行う核生成工程と、該核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温２５℃基準におけるｐＨ値を、前記核生成工程のｐＨ値よりも低く、かつ、１０．５〜１２．０の範囲となるように制御することにより、前記核を成長させる、粒子成長工程とを備え、
（１）前記核生成工程および前記粒子成長工程の第１段階（初期段階）における反応雰囲気を酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整し、（２）前記粒子成長工程の第１段階の後に、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から酸素の濃度が２容量％を超えて５容量％以下の酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第２段階とし、（３）前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第３段階とし、（４）前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第４段階とし、（５）前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第５段階として、前記晶析反応を行う、
ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法。
【請求項７】
前記反応雰囲気の切り替えを、前記粒子成長工程において添加される全金属量に対しそれぞれの段階で添加される金属量の割合で定義される、前記粒子成長工程全体に対するそれぞれの段階における晶析反応の割合について、第１段階を８％〜２０％の範囲とし、第２段階を２％〜２０％の範囲とし、第３段階を１２％〜４０％の範囲とし、第４段階を３％〜４０％とし、第５段階を１０％〜５０％とする、請求項６に記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法。
【請求項８】
前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、一般式（Ａ）：ＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔ（ＯＨ）２＋ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、０≦ａ≦０．５、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表される組成を有する、請求項６または７に記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法。
【請求項９】
ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の母材である、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物であって、
該複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成され、該二次粒子は、前記凝集した一次粒子により形成された外殻部と、該外殻部の内側に存在し、前記凝集した一次粒子により形成され、かつ、前記外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、該凝集部の中に分散して存在する空間部とを備えた、多孔質構造を有し、および、
タップ密度が、１．０ｇ／ｃｍ３以上であり、および、ＪＩＳＺ８８４４：２０１９による粒子強度が、２０ＭＰａ〜３６ＭＰａの範囲にある、
リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物。
【請求項１０】
前記二次粒子の外殻部の厚さは、０．１μｍ〜１．０μｍの範囲にある、請求項９に記載のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物。
【請求項１１】
前記二次粒子の平均粒径ＭＶは、３μｍ〜１０μｍの範囲にあり、かつ、前記二次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ＭＶ〕は、０．７以下である、請求項９または１０に記載のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物。
【請求項１２】
ＢＥＴ比表面積は、２．０ｍ２／ｇ〜５．０ｍ２／ｇの範囲にある、請求項９〜１１のいずれかに記載のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物。
【請求項１３】
一般式（Ｂ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表され、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有する、請求項９〜１２のいずれかに記載のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物。
【請求項１４】
ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の母材である、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の製造方法であって、
ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物とリチウム化合物を混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、前記混合工程で形成された前記リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、６５０℃〜９２０℃の範囲にある温度で焼成する焼成工程を備え、
前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物として、請求項１〜５のいずれかに記載のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を用いる、
リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の製造方法。
【請求項１５】
前記混合工程において、前記リチウム混合物を、該リチウム混合物に含まれるリチウム以外の金属の原子数の和と、リチウムの原子数との比が、１：０．９５〜１．５となるように調整する、請求項１４に記載のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の製造方法。
【請求項１６】
前記混合工程の前に、前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を１０５℃〜７５０℃の範囲にある温度で熱処理する、熱処理工程をさらに備える、請求項１４または１５に記載のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の製造方法。
【請求項１７】
前記リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物は、一般式（Ｂ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表され、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有する、請求項１４〜１６のいずれかに記載のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の製造方法。
【請求項１８】
複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成され、前記一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が存在する、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
前記二次粒子は、前記凝集した一次粒子により形成された外殻部と、該外殻部の内側に存在し、前記凝集した一次粒子により形成され、かつ、前記外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、該凝集部の中に分散して存在する空間部とを備え、および、
タップ密度が、１．０ｇ／ｃｍ３以上である、
リチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項１９】
前記二次粒子の平均粒径ＭＶは、３μｍ〜１０μｍの範囲にあり、かつ、前記二次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ＭＶ〕は、０．７以下である、請求項１８に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項２０】
前記微粒子の粒子径は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあり、および／または、前記被膜の厚さは、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にある、請求項１８または１９に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項２１】
前記二次粒子の外殻部の厚さは、０．１μｍ〜１．０μｍの範囲にある、請求項１８〜２０のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項２２】
ＢＥＴ比表面積は、２．０ｍ２／ｇ〜５．０ｍ２／ｇの範囲にある、請求項１８〜２１のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項２３】
一般式（Ｃ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＷｓＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｓ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０．００１≦ｓ≦０．０３、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表され、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる、請求項１８〜２２のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項２４】
ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、
母材であるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物とタングステン化合物を乾式混合し、さらに水を噴霧して混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、前記混合工程で形成された前記リチウム混合物を、乾燥して、前記一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が存在する、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物を得る乾燥工程を備え、および、
前記リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物として、請求項９〜１３のいずれかに記載のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物を用いる、
リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項２５】
ＷおよびＬｉを含む化合物被覆前の前記リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の前記二次粒子の平均粒径ＭＶに対する、前記ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の前記二次粒子の平均粒径ＭＶの比率が、９０％以上となる、請求項２４に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項２６】
前記混合工程において、前記リチウム混合物を、該リチウム混合物に含まれるリチウム以外の金属の原子数の和と、リチウムの原子数との比が、１：０．９５〜１．５となるように調整する、請求項２４または２５に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項２７】
前記リチウムイオン二次電池用正極活物質は、一般式（Ｃ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＷｓＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｓ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０．００１≦ｓ≦０．０３、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表され、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物からなる、請求項２４〜２６のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項２８】
正極、負極、セパレータ、および非水電解質を備え、あるいは、正極、負極、および固体電解質を備え、前記正極に用いられる正極活物質として、請求項１８〜２３のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質が用いられている、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、リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体であるニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物およびその製造方法、該ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を前駆体として得られるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物およびその製造方法、該リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物を母材として得られるＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法、並びに、該リチウムイオン二次電池用正極活物質を正極材料として用いたリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン、タブレット端末、デジタルカメラ、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電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電池式電気自動車などの電気自動車用の電源として高容量で高出力の二次電池の開発が強く望まれている。
【０００３】
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がある。このリチウムイオン二次電池は、負極、正極、非水電解質あるいは固体電解質などで構成され、その負極および正極の材料として用いられる活物質には、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が使用される。なお、非水電解質としては、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液があり、固体電解質としては、不燃性でリチウムイオン伝導性を有する無機あるいは有機の固体電解質がある。
【０００４】
このリチウムイオン二次電池のうち、層状岩塩型またはスピネル型の構造を有するリチウム遷移金属含有複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、４Ｖ級の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、研究開発および実用化が進められている。
【０００５】
このようなリチウムイオン二次電池の正極材料として、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、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（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物（ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２）、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウムニッケルマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２）などのリチウム遷移金属含有複合酸化物からなる正極活物資が提案されている。
【０００６】
近年、これらのリチウム遷移金属含有複合酸化物の中でも、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物（ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２）を含む、遷移金属として、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物（ＮＭＣ）からなる三元系の正極活物質は、熱安定性に優れ、高容量で、電池容量のサイクル特性も良好で、かつ、低抵抗で高出力が得られる材料として注目されている。リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物は、リチウム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、層状結晶構造を有する化合物である。
【０００７】
リチウム遷移金属含有複合酸化物に関しては、その内部抵抗の低減による高出力化にその開発の重点が置かれている。この観点から、リチウムニッケル複合酸化物の特性を改善した、リチウムニッケルコバルトアルミニウム含有複合酸化物（ＮＣＡ）も着目されている。リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物は、このリチウムニッケルコバルトアルミニウム含有複合酸化物との比較においても、耐候性により優れ、かつ、より取り扱いやすい材料であることから、リチウム遷移金属含有複合酸化物の開発において、最重要視されている。
【０００８】
このように、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる三元系の正極活物質に対しては、特に、電気自動車用の電源用途において、さらなる内部抵抗の低減による高出力化が高いレベルで要求されている。
【０００９】
リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の出力特性やサイクル特性を改善するためには、まず、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物が、３μｍ〜１０μｍ程度の小粒径で、粒度分布が狭い粒子によって構成されていることが必要である。粒径が小さい粒子とすることにより、その比表面積が大きく、正極活物質として用いた場合に非水電解質との反応面積を十分に確保することができ、さらに、正極を薄く構成し、リチウムイオンの正極−負極間の移動距離を短くすることができるため、正極抵抗の低減を図ることが可能となる。また、粒度分布が狭い粒子とすることにより、電極内で粒子に印加される電圧を均一化できるため、微粒子の選択的な劣化による電池容量の低下を抑制することが可能となる。
【００１０】
また、出力特性のさらなる改善を図るために、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の粒子構造の改善についても研究開発が進められている。たとえば、出力特性の改善には、正極活物質の形態を制御し、正極活物質の内部に、非水電解質が侵入可能な空間部を形成することが有効であると考えられる。このような構造を採用することにより、粒径が同程度である中実構造の正極活物質と比べて、非水電解質との反応面積を大きくすることができるため、正極抵抗を大幅に低減することが可能となる。なお、正極活物質は、その前駆体となる遷移金属含有複合水酸化物の粒子性状を引き継ぐことが知られている。すなわち、上述した正極活物質を得るためには、その前駆体である遷移金属含有複合水酸化物の二次粒子の粒径、粒度分布、および粒子構造などを適切に制御することが必要となる。
【００１１】
たとえば、特開２０１８−１０４２７３号公報には、晶析反応を、反応水溶液のｐＨ値を１２．０〜１４．０の範囲に調整して、核生成を行う核生成工程と、生成した核を含む反応水溶液のｐＨ値を、核生成工程のｐＨ値よりも低く、かつ、１０．５〜１２．０の範囲に調整して、粒子を成長させる粒子成長工程とに分けて、核生成工程および粒子成長工程の初期を非酸化性雰囲気とするとともに、粒子成長工程における所定のタイミングで、酸化性雰囲気に切り替えた後、再度、非酸化性雰囲気に切替える雰囲気制御を２回以上行うことを特徴とする遷移金属含有複合水酸化物の製造方法が開示されている。
【００１２】
この方法によれば、小粒径で粒度分布が狭く、かつ、板状または針状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、中心部の外側に微細一次粒子が凝集して形成された低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度層が交互に積層した積層構造を２つ以上備える二次粒子からなる遷移金属含有複合水酸化物を得ることができる。このような構造の遷移金属含有複合水酸化物を前駆体とする正極活物質は、小粒径で粒度分布が狭く、空間部を有する多孔質構造を備えたものとなる。このような多孔質構造の正極活物質を用いた二次電池では、容量特性、サイクル特性とともに、出力特性を改善することが可能である。
【００１３】
一方、リチウムイオン電池における、さらなる内部抵抗の低減による高出力化を図るために、リチウム遷移金属含有複合酸化物にタングステン化合物を添加する方法が検討されている。
【００１４】
たとえば、特開２０１５−２１６１０５号公報では、ニッケル化合物とリチウム化合物を混合したリチウム混合物は、酸化性雰囲気中において７００℃〜７８０℃の温度範囲で１時間〜６時間焼成し、一般式：ＬｉｂＮｉ１―ｘ―ｙＣｏｘＭｙＯ２（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、ＺｒおよびＭｏから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、０．９５≦ｂ≦１．０３、０＜ｘ≦０．１５、０＜ｙ≦０．０７、ｘ＋ｙ≦０．１６）で表され、一次粒子および一次粒子が凝集した二次粒子からなるリチウムニッケル含有複合酸化物を母材として得て、該母材の水洗処理中もしくは水洗処理後にタングステン化合物を添加して、母材の一次粒子の表面にＷを分散させて、酸素雰囲気あるいは真空雰囲気中で１００℃〜６００℃の温度で熱処理することにより得られ、母材の一次粒子表面にＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子を有する、リチウムイオン二次電池用正極活物質が提案されている。
【００１５】
また、特開２０１７−０８４５１３号公報には、特開２０１５−２１６１０５号公報と同様にして得た母材の水洗処理中もしくは水洗処理後にタングステン化合物を添加して、母材の水分率を６．５質量％〜１１．５質量％に制御した状態で、母材の一次粒子の表面にＷを分散させて、酸素雰囲気あるいは真空雰囲気中で１００℃〜６００℃の温度で熱処理することにより得られ、母材の一次粒子表面にＷおよびＬｉを含む１ｎｍ〜２００ｎｍの厚さの被膜を有する、リチウムイオン二次電池用正極活物質が提案されている。
【００１６】
母材のリチウム遷移金属含有複合酸化物を構成する一次粒子の表面に、タングステン酸リチウムなどのＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜を存在させることにより、これらの微粒子あるいは被膜が、リチウム遷移金属含有複合酸化物と電解液の接触を防止し、リン酸塩などの堆積物の形成を抑制する保護膜として機能するとともに、これらの微粒子あるいは被膜が、Ｌｉ拡散パスを有する結晶構造を有しているため、界面抵抗の低減が図られると考えられている。
【００１７】
タングステン酸リチウムなどのＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜は、母材のリチウム遷移金属含有複合酸化物を構成する一次粒子の表面に均一に存在することが重要である。また、タングステン酸リチウムなどのＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜は、リチウム遷移金属含有複合酸化物同士の間でも均一に形成されることが重要である。
【００１８】
このような観点から、特開２０１８−１８６０６５号公報では、母材のリチウム遷移金属含有複合酸化物と、酸化タングステンとを混合し、さらに水を噴霧して混合して、リチウム混合物を得て、該リチウム混合物を乾燥することにより、複数の一次粒子が凝集して構成された二次粒子、および、タングステン酸リチウムを含み、その表面に存在するタングステン量が、全体に対して、０．１質量％以上１．０質量％以下であり、かつ、その内部に存在するタングステン量が、全体に対して、０．１質量％以上１．０質量％以下である、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得ることが提案されている。このような方法により、水の存在下、母材のリチウム繊維金属含有複合酸化物の表面において、遊離した水酸化リチウムなどの余剰リチウムと酸化タングステンとの中和反応を、より均一に進めることが可能になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０１８−１０４２７３号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１６１０５号公報
【特許文献３】特開２０１７−０８４５１３号公報
【特許文献４】特開２０１８−１８６０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明者らは、多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる正極活物質のさらなる高出力化を図るため、母材となる多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物と、タングステン化合物とを乾式混合し、さらに水を噴霧して混合することにより、混合物を得て、該混合物を乾燥することにより、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる正極活物質を得ることについて検討を行った。
【００２１】
しかしながら、本発明者らの検討により、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる三元系の正極活物質の場合、このようにして最終的に得られた正極活物質は、他の組成の正極活物質よりも多孔質構造の母材の内部により空隙が多いという構造上の脆弱性に起因して、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物とタングステン化合物とを混合する工程、特に、乾式混合および水を噴霧して混合する工程において、多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物が粉砕されて、微粉が発生し、最終的に得られた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、正極活物質を構成する微粉が充放電の繰り返しにより選択的に劣化し、電池特性を低下させてしまうという知見が得られた。
【００２２】
このような問題に鑑みて、本発明は、タングステン酸リチウムなどのＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜を形成する工程において、粉砕されない強度を有する、母材となる多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の作製を可能とし、もって、耐久性が向上し、出力特性に優れた、多孔質構造のＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる正極活物質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】
【００２３】
本発明は、遷移金属として、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有し、多孔質構造の二次粒子からなり、該二次粒子を構成する一次粒子の表面にタングステン酸リチウムなどのＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が存在する、多孔質構造のＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物（ＮＭＣ）からなる三元系のリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体としてのニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物とその製造方法、該ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を前駆体として得られる多孔質構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物およびその製造方法、該リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物を母材として得られる前記リチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法、並びに、該リチウムイオン二次電池用正極活物質を正極材料として用いたリチウムイオン二次電池に関する。
【００２４】
本発明の第１の態様に係るニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体であって、複数の板状一次粒子および該板状一次粒子よりも小さな微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子からなる。
【００２５】
本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を構成する前記二次粒子は、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された中心部と、該中心部の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第１の低密度層と、第１の低密度層の外側に、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された高密度層と、該高密度層の外側に、主として前記微細一次粒子が凝集して形成された第２の低密度層と、第２の低密度層の外側に、主として前記板状一次粒子が凝集して形成された外殻層とを備える。
【００２６】
特に、本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、タップ密度が、０．９５ｇ／ｃｍ３以上、より具体的には、０．９５ｇ／ｃｍ３〜３．０ｇ／ｃｍ３の範囲にあることを特徴とする。
【００２７】
前記二次粒子の平均粒径ＭＶは、３μｍ〜１２μｍの範囲にあり、かつ、前記二次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ＭＶ〕は、０．６５以下であることが好ましい。
【００２８】
前記中心部の半径は、前記二次粒子の粒径の２０％〜４０％の範囲にあり、第１の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の３％〜１５％の範囲にあり、前記高密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の２％〜１０％の範囲にあり、第２の低密度層の厚さは、前記二次粒子の粒径の２％〜１０％の範囲にあり、前記外殻層の厚さは、前記二次粒子の粒径の２％〜１０％の範囲にあることが好ましい。
【００２９】
前記板状一次粒子の平均粒径は、０．３μｍ〜３μｍの範囲にあり、前記微細一次粒子の平均粒径は、０．０２μｍ〜０．３μｍの範囲にあることが好ましい。
【００３０】
前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、一般式（Ａ）：ＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔ（ＯＨ）２＋ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、０≦ａ≦０．５、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表される組成を有することが好ましい。
【００３１】
本発明の第２の態様に係るニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法は、反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を得る工程を備える。
【００３２】
本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法は、前記反応水溶液の液温２５℃基準におけるｐＨ値を１２．０〜１４．０の範囲となるように制御することにより、核生成を行う核生成工程と、該核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温２５℃基準におけるｐＨ値を、前記核生成工程のｐＨ値よりも低く、かつ、１０．５〜１２．０の範囲となるように制御することにより、前記核を成長させる、粒子成長工程とを備える。
【００３３】
本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法では、（１）前記核生成工程および前記粒子成長工程の第１段階（初期段階）における反応雰囲気を酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整し、（２）前記粒子成長工程の第１段階の後に、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から酸素の濃度が２容量％を超えて５容量％以下の酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第２段階とし、（３）次に、前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第３段階とし、（４）さらに、前記反応雰囲気を、前記非酸化性雰囲気から前記酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第４段階とし、（５）最後に、前記反応雰囲気を、前記酸化性雰囲気から前記非酸化性雰囲気に切り替えて、前記粒子成長工程の第５段階とする。
【００３４】
前記反応雰囲気の切り替えを、前記粒子成長工程において添加される全金属量に対しそれぞれの段階で添加される金属量の割合で定義される、前記粒子成長工程全体に対するそれぞれの段階における晶析反応の割合について、第１段階を８％〜２０％の範囲とし、第２段階を２％〜２０％の範囲とし、第３段階を１２％〜４０％の範囲とし、第４段階を３％〜４０％とし、第５段階を１０％〜５０％とすることが好ましい。
【００３５】
前記反応雰囲気の切り替えに際して、酸化性ガスおよび非酸化性ガスの導入を、散気管を用いて行うことが好ましい。
【００３６】
前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物は、一般式（Ａ）：ＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔ（ＯＨ）２＋ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、０≦ａ≦０．５、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表される組成を有することが好ましい。
【００３７】
本発明の第３の態様に係る、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の母材である、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。
【００３８】
前記二次粒子は、多孔質構造を備え、具体的には、該二次粒子は、前記凝集した一次粒子により形成された外殻部と、該外殻部の内側に存在し、前記凝集した一次粒子により形成され、かつ、前記外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、該凝集部の中に分散して存在する空間部とを備える。
【００３９】
特に、本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物は、タップ密度が、１．０ｇ／ｃｍ３以上、より具体的には、１．１ｇ／ｃｍ３〜１．８ｇ／ｃｍ３の範囲にあり、および、ＪＩＳＺ８８４４：２０１９による粒子強度が、２０ＭＰａ〜３６ＭＰａの範囲にあることを特徴とする。
【００４０】
前記二次粒子の外殻部の厚さは、０．１μｍ〜１．０μｍの範囲にあることが好ましい。
【００４１】
前記二次粒子の平均粒径ＭＶは、３μｍ〜１０μｍの範囲にあり、かつ、前記二次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ＭＶ〕は、０．７以下であることが好ましい。
【００４２】
前記正極活物質のＢＥＴ比表面積は、２．０ｍ２／ｇ〜５．０ｍ２／ｇの範囲にあることが好ましい。
【００４３】
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物は、一般式（Ｂ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表され、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなることが好ましい。
【００４４】
本発明の第４の態様に係る、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の母材である、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の製造方法は、前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物とリチウム化合物を混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、前記混合工程で形成された前記リチウム混合物を、酸化性雰囲気中、６５０℃〜９２０℃の範囲にある温度で焼成する焼成工程を備えることを特徴とする。
【００４５】
前記混合工程において、前記リチウム混合物を、該リチウム混合物に含まれるリチウム以外の金属の原子数の和と、リチウムの原子数との比が、１：０．９５〜１．５となるように調整することが好ましい。
【００４６】
前記混合工程の前に、前記ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を１０５℃〜７５０℃の範囲にある温度で熱処理する、熱処理工程をさらに備えることが好ましい。
【００４７】
前記リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物は、一般式（Ｂ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表され、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物からなることが好ましい。
【００４８】
本発明の第５の態様に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる三元系の正極活物質であって、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成され、前記一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が存在する、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質に関する。
【００４９】
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質において、前記二次粒子は、多孔質構造を備え、具体的には、該二次粒子は、前記凝集した一次粒子により形成された外殻部と、該外殻部の内側に存在し、前記凝集した一次粒子により形成され、かつ、前記外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、該凝集部の中に分散して存在する空間部とを備える。
【００５０】
特に、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、タップ密度が、１．０ｇ／ｃｍ３以上、より具体的には、１．１ｇ／ｃｍ３〜１．８ｇ／ｃｍ３の範囲にあることを特徴とする。
【００５１】
前記二次粒子の平均粒径ＭＶは、３μｍ〜１０μｍの範囲にあり、かつ、前記二次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ＭＶ〕は、０．７以下であることが好ましい。
【００５２】
前記微粒子の粒子径は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００５３】
前記被膜の厚さは、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００５４】
前記二次粒子の外殻部の厚さは、０．１μｍ〜１．０μｍの範囲にあることが好ましい。
【００５５】
前記正極活物質のＢＥＴ比表面積は、２．０ｍ２／ｇ〜５．０ｍ２／ｇの範囲にあることが好ましい。
【００５６】
本発明の非電解質二次電池用正極活物質は、一般式（Ｃ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＷｓＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｓ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０．００１≦ｓ≦０．０３、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表され、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなることが好ましい。
【００５７】
本発明の第６の態様に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、本発明の第４の態様の製造方法により得られた、前記母材であるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物とタングステン化合物を乾式混合し、さらに水を噴霧して混合して、リチウム混合物を形成する混合工程と、前記混合工程で形成された前記リチウム混合物を、乾燥して、前記一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が存在する、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物を得る乾燥工程を備えることを特徴とする。
【００５８】
ＷおよびＬｉを含む化合物被覆前の前記リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の前記二次粒子の平均粒径ＭＶに対する、前記ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の前記二次粒子の平均粒径ＭＶの比率が、９０％以上となることが好ましい。
【００５９】
前記混合工程において、前記リチウム混合物を、該リチウム混合物に含まれるリチウム以外の金属の原子数の和と、リチウムの原子数との比が、１：０．９５〜１．５となるように調整することが好ましい。
【００６０】
前記リチウムイオン二次電池用正極活物質は、一般式（Ｃ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＷｓＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｓ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０．００１≦ｓ≦０．０３、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表され、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガン複合酸化物からなることが好ましい。
【００６１】
本発明の第７の態様に係るリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータ、および非水電解質を備え（非水電解質二次電池）、あるいは、正極、負極、および固体電解質を備え（固体電解質二次電池）、前記正極に用いられる正極活物質として、本発明の第３の態様に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質が用いられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００６２】
本発明により、母材として多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物を用いた場合でも、強度の高い多孔質構造のＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質を得ることが可能となる。
【００６３】
本発明の正極活物質は、従来の多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物よりも、三元系の組成であることによる優れた電池特性に加えて、二次粒子を構成する一次粒子の表面にＷおよびＬｉを含む化合物被覆を有することから、抵抗をより低減させることが可能となり、より高出力のリチウムイオン二次電池の提供を可能にできる。
【００６４】
よって、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質を、電気自動車の電源用のリチウムイオン二次電池の正極材料に適用することにより、従来との比較において、より耐久性に優れ、かつ、高い出力特性を提供することが可能となるため、その工業的な意義は大きいということができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を構成する二次粒子の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物を製造する工程を示すチャート図である。
【図３】図３は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の母材であるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物を構成する二次粒子の構造を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質であるＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の１例の構造を概略的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質であるＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の１例の構造を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造する工程を示すチャート図である。
【図７】図７は、電池評価に使用した２０３２型コイン電池の概略断面図である。
【図８】図８は、インピーダンス評価の測定例と解析に使用した等価回路の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
本発明について、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物、その製造方法、母材であるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物、その製造方法、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなる正極活物質、その製造方法、並びに、リチウムイオン二次電池の順に説明する。
【００６７】
１．ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物
（１）ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の粒子構造
本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物（以下、「複合水酸化物」という）は、複数の板状一次粒子、および、板状一次粒子よりも小さな微細一次粒子が凝集して形成された二次粒子により構成される。二次粒子は、略球状および楕円球状などを含む、丸みを帯びた塊形状を有する。
【００６８】
本発明の複合水酸化物を構成する二次粒子は、図１の概念図に示すように、主として板状一次粒子が凝集して形成された中心部１と、中心部１の外側に、主として微細一次粒子が凝集して形成された第１の低密度層２と、第１の低密度層２の外側に、主として板状一次粒子が凝集して形成された高密度層３と、高密度層３の外側に、主として微細一次粒子が凝集して形成された第２の低密度層４と、第２の低密度層４の外側に、主として板状一次粒子が凝集して形成された外殻層５とを備える。
【００６９】
中心部１と、高密度層３と、外殻層５は、基本的には、板状一次粒子により構成されるが、その中に微細一次粒子が含まれることは妨げられない。一方、第１の低密度層２および第２の低密度層４は、基本的には、微細一次粒子により構成されるが、その中に板状一次粒子が含まれることは妨げられない。特に、第１の低密度層２および第２の低密度層４においては、微細一次粒子が凝集して形成された低密度部の中に、板状一次粒子が凝集して形成された高密度部が存在することができる。より具体的には、第１の低密度層２は、中心部１を構成する板状一次粒子の凝集体の表面と高密度層３を構成する板状一次粒子の凝集体の表面との間に微細一次粒子の凝集体が堆積することにより形成され、第２の低密度層４は、高密度層３を構成する板状一次粒子の凝集体の表面と外殻層５を構成する板状一次粒子の凝集体の表面との間に微細一次粒子の凝集体が堆積することにより形成される。板状一次粒子の凝集体の表面は凹凸があるため、第１の低密度層２および第２の低密度層４は、実質的に、板状一次粒子と微細一次粒子の両方が凝集して形成された構造となる場合がある。
【００７０】
この場合、低密度層内において、中心部の板状一次粒子の凝集体の一部と高密度層の板状一次粒子の凝集体の一部とが、あるいは、高密度層の板状一次粒子の凝集体の一部と外殻層の板状一次粒子の凝集体の一部とが、接触する状態であってもよい。
【００７１】
複合水酸化物を構成する、このような構造の二次粒子を焼成した場合に、板状一次粒子の凝集体が焼結により一次粒子を構成し、一次粒子同士の連結を維持したまま、低密度層が収縮して、一次粒子に吸収される。このため、得られる正極活物質において、後述するように、周方向にわたって一次粒子が凝集した外殻部と、外殻部の内側に存在する一次粒子の凝集部と、該凝集部の間に存在する適切な大きさ気孔からなる空間部とが形成される。外殻部と、外殻部の内側に存在する一次粒子の凝集部との間、および、内部の一次粒子の凝集部相互間は、それぞれ電気的に導通し、かつ、その経路の断面積が十分に確保される。正極活物質が、このような多孔質構造により構成される結果、正極活物質の内部抵抗（正極界面抵抗）を低減しながら、高いエネルギー密度を維持することが可能となる。
【００７２】
特に、本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物では、このような粒子構造を有しつつ、二次粒子全体において、微細一次粒子の平均粒径を０．０２μｍ以上、好ましくは０．０３μｍ以上とすることにより、そのタップ密度が、０．９５ｇ／ｃｍ３以上、より具体的には、０．９５ｇ／ｃｍ３〜３．０ｇ／ｃｍ３の範囲にあるようにして、従来の方法により得られた多孔質構造のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物のタップ密度（０．９５ｇ／ｃｍ３未満）よりも高くし、その構造の強度を向上させている。
【００７３】
（２）平均粒径ＭＶ
本発明の複合水酸化物では、二次粒子の平均粒径ＭＶが、３μｍ〜１２μｍの範囲、好ましくは４μｍ〜１１μｍの範囲、より好ましくは５μｍ〜１０μｍの範囲に調整される。二次粒子の平均粒径ＭＶは、この複合水酸化物を前駆体とする正極活物質の平均粒径ＭＶと相関する。このため、複合水酸化物の二次粒子の平均粒径ＭＶをこのような範囲に制御することで、正極活物質の二次粒子の平均粒径ＭＶを所定の範囲に制御することが可能となる。
【００７４】
なお、本発明において、二次粒子の平均粒径ＭＶとは、体積基準平均粒径（Mean Volume Diameter）を意味し、たとえば、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。
【００７５】
（３）粒度分布
本発明の複合水酸化物の二次粒子は、粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕が、０．６５以下、好ましくは０．５５以下、より好ましくは０．５０以下となるように調整される。
【００７６】
正極活物質の粒度分布は、その前駆体である複合水酸化物の粒子性状の影響を強く受ける。このため、微細粒子や粗大粒子を多く含む複合水酸化物を前駆体とした場合には、正極活物質にも微細粒子や粗大粒子が多く含まれることとなり、これを用いた二次電池の安全性、サイクル特性、および出力特性を十分に改善することができなくなる。これに対して、複合水酸化物の段階で、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕が０．６５以下となるように調整しておけば、これを前駆体とする正極活物質の粒度分布を狭くすることができ、上述した問題を回避することが可能となる。ただし、工業規模の生産を前提とした場合には、複合水酸化物として、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕が過度に小さいものを使用することは現実的ではない。したがって、コストや生産性を考慮すると、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕の下限値は、０．２５程度とすることが好ましい。
【００７７】
なお、ｄ１０は、それぞれの粒子の体積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１０％となる粒径（全体体積を１００％にして粒度分布の累積曲線を求めるとき、この累積曲線が１０％となる点の粒径）を、ｄ９０は、同様に、それぞれの粒子の体積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９０％となる粒径（全体体積を１００％にして粒度分布の累積曲線を求めるとき、この累積曲線が９０％となる点の粒径）を意味する。ｄ１０およびｄ９０は、平均粒径ＭＶと同様に、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。
【００７８】
（４）中心部の大きさ、並びに、第１の低密度層、高密度層、第２の低密度層、および外殻層の厚さ
本発明の複合水酸化物において、その二次粒子の大きさに対する、中心部の大きさ、第１の低密度層、高密度層、第２の低密度層、および外殻層のそれぞれの厚さを適切に制御することにより、凝集した一次粒子により形成された外殻部と、外殻部の内側に存在し、凝集した一次粒子により形成され、かつ、外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、凝集部の中に分散して存在する空間部とにより構成された二次粒子からなる正極活物質が得られる。
【００７９】
二次粒子の粒径に対する中心部の半径の平均比率は、２０％〜４０％の範囲にあることが好ましく、２５％〜３５％の範囲にあることがより好ましい。二次粒子に対する中心部の大きさを上記の範囲に制御することにより、その外側に形成される、第１の低密度層、高密度層、および第２の低密度層を適切な厚さとすることができる。中心部の大きさが前記範囲を超えると、第１の低密度層、高密度層、第２の低密度層、および外殻層の厚さを所定の範囲に制御できなくなるため、得られる正極活物質において所望の多孔質構造が得られない可能性がある。
【００８０】
第１の低密度層の厚さは、二次粒子の粒径の３％〜１５％の範囲にあることが好ましく、５％〜１０％の範囲にあることがより好ましい。また、高密度層の厚さは、二次粒子の粒径の２％〜１０％の範囲にあることが好ましく、４％〜８％の範囲にあることがより好ましい。第２の低密度層の厚さは、二次粒子の粒径の２％〜１０％の範囲にあることが好ましく、４％〜８％の範囲にあることがより好ましい。さらに、外殻層の厚さは、二次粒子の粒径の２％〜１０％の範囲にあることが好ましく、４％〜８％の範囲にあることがより好ましい。
【００８１】
第１の低密度層、高密度層、第２の低密度層、および外殻層の厚さを上記の範囲に設定することにより、正極活物質において、適切な厚さの外殻部、および、その内部に形成される凝集部を備え、かつ、二次粒子の内部に分散して存在する適切な大きさの空間部（気孔）を有する構造が得られる。第１低密度層および第２の低密度層がそれぞれの範囲より小さすぎると、正極活物質において十分な大きさの空間部が生じず、実質的に中実構造と同様の構造となる可能性がある。逆に、それぞれの低密度層の厚さが大きすぎると、焼成時に低密度層が気孔構造となるように収縮せずに、正極活物質において、たとえば、中心部と高密度層と外殻部との間に大きな空隙が存在する構造となって、外殻部と内部の凝集部が十分に接続ないしは一体化せず、所望の構造を得られなくなる可能性がある。この場合、外殻部と内部の凝集部と間に十分な断面積を有する電気的導通経路が形成されず、正極抵抗の低減の効果が得られない。
【００８２】
高密度層および外殻層の厚さが小さすぎると、正極活物質の製造段階あるいは充填段階で二次粒子の所定構造が維持されず、二次粒子が粉砕される、二次粒子の内部に十分な大きさの空間部が形成されないという問題が生じうる。高密度層および外殻層の厚さが大きすぎると、焼成時に二次粒子の内部に十分な大きさの空間部が形成されず、二次粒子の内部に十分な非水電解質と導電助剤を侵入させることが不十分となる可能性がある。
【００８３】
本発明の複合水酸化物では、中心部の外側に、実質的に、低密度層と高密度層が積層した積層構造を２つ備える構造となっている。この積層構造を３つ以上備えた場合、それぞれの低密度層が十分な厚さに形成されず、比表面積を向上させる効果が十分に得られない可能性がある。一方、積層構造が１つのみ備えられた場合、得られる正極活物質において、空間部の存在割合が不十分となり、十分な比表面積や低い内部抵抗という所望の特性が得られない可能性がある。
【００８４】
なお、中心部の大きさ、並びに、第１の低密度層、高密度層、第２の低密度層、および、外殻層の厚さは、複合水酸化物を構成する二次粒子の断面を、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）などの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより求めることは可能である。ただし、複合水酸化物を構成する二次粒子は、全体形状がいびつであり、かつ、それぞれの層の形状も複雑であるため、それぞれの厚さをＳＥＭ観察によって特定することは容易ではない。このため、本明細書における中心部の大きさ、並びに、第１の低密度層、高密度層、第２の低密度層、および、外殻層の厚さは、複合水酸化物の製造工程のうちの、粒子成長工程の全体において添加される全金属量に対する、中心部およびそれぞれの層を形成するための、非酸化性雰囲気あるいは酸化性雰囲気において添加された、それぞれの金属量の割合から、理論的に求められる。
【００８５】
（５）タップ密度
タップ密度は、正極活物質についての充填性の指標となるものであるが、本発明においては、複合水酸化物の粒子強度を示す指標としても採用される。本発明のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物では、三元系の組成を有し、かつ、多層の粒子構造を有しつつも、二次粒子全体において、微細一次粒子の平均粒径を０．０２μｍ以上、好ましくは０．０３μｍ以上とすることにより、そのタップ密度を、０．９５ｇ／ｃｍ３以上、より具体的には、０．９５ｇ／ｃｍ３〜３．０ｇ／ｃｍ３の範囲にあるようにして、従来の方法により得られた三元系の多層構造のニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物のタップ密度（０．９５ｇ／ｃｍ３未満）よりも高くし、その構造の強度を向上させている。このタップ密度は、１．０ｇ／ｃｍ３〜３．０ｇ／ｃｍ３の範囲にあることが好ましく、１．１ｇ／ｃｍ３〜３．０ｇ／ｃｍ３の範囲にあることがより好ましくい。具体的には、本願発明では、ニッケルマンガンコバルト含有複合し水酸化物を構成する板状一次粒子および微細一次粒子を十分に粒子成長させることにより、同じ組成および同じ構造である場合の従来の三元系の複合酸化物との比較において、より高いタップ密度を達成している。
【００８６】
タップ密度が０．９５ｇ／ｃｍ３未満では、微細一次粒子が０．０２μｍ未満と微細になりすぎていることから、複合水酸化物を前駆体として得られたリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の粒子強度の向上が十分に図られず、これを母材として、ＷおよびＬｉを含む化合物を含む微粒子および／または被膜を母材に形成するための、母材とタングステン化合物との混合工程で、母材が粉砕されて微粉を発生させることになる。一方、タップ密度の上限値は、特に制限されるものではないが、複合水酸化物においては、通常の製造条件では、その上限値は３．０ｇ／ｃｍ３程度となる。
【００８７】
なお、タップ密度とは、ＪＩＳ  Ｚ−２５０４に基づき、容器に採取した試料粉末を、１００回タッピングした後のかさ密度を表し、振とう比重測定器を用いて測定することができる。
【００８８】
（６）一次粒子
本発明の複合水酸化物において、中心部、高密度層、および、外殻層を構成する板状一次粒子の大きさと、第１の低密度層および第２の低密度層を構成する微細一次粒子の大きさは、複合水酸化物の二次粒子を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などにより、その断面観察が可能な状態とした後、その断面について、ＦＥ−ＳＥＭなどのＳＥＭを用いて観察した場合に、撮像の上で明確に構造の相違が把握できる程度に異なる。
【００８９】
本発明の複合水酸化物において、板状一次粒子は、平均粒径が０．３μｍ〜３μｍの範囲にある大きさで形成される。好ましくは、板状一次粒子の大きさは、平均粒径で０．４μｍ〜１．５μｍの範囲である。板状一粒子の平均粒径が０．３μｍ未満であると、正極活物質を作製するための焼成工程において、板状一次粒子の体積収縮も低温域においても生じてしまうため、第１の低密度層および第２の低密度層と。中心部、高密度層および外殻層との体積収縮量の差が小さくなるため、正極活物質の内部において十分な数の空間部が得られない可能性がある。一方、板状一次粒子の平均粒径が３μｍより大きいときは、正極活物質を作製する際の焼成工程において、正極活物質の結晶性を高めるために、より高温での焼成が必要となり、複合水酸化物を構成する二次粒子間の焼結が進行し、正極活物質の平均粒径ＭＶや粒度分布を所定の範囲に設定することが困難となる。
【００９０】
一方、微細一次粒子は、ＳＥＭ観察などにより、板状一次粒子と十分に区別できる大きさに形成される。ＳＥＭ観察の撮像では、その大きさを十分に把握しがたい場合もあるが、微細一次粒子は、板状一次粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径を有し、すなわち、平均粒径が、０．０２μｍ〜０．３μｍの範囲、好ましくは０．０３μｍ〜０．３μｍの範囲であって、板状一次粒子の平均粒径との差が０．１μｍ以上ある。通常は、微細一次粒子の平均粒径は、板状一次粒子の平均粒径との差を０．３μｍ以上有する。微細一次粒子の平均粒径が、０．０２μｍ未満であると、低密度層の厚みを満足に得ることができない。一方、微細一次粒子の平均粒径が、０．３μｍよりも大きくなると、正極活物質を作製するための焼成工程において、低温域における焼成時に、加熱による体積収縮が十分に進行せず、低密度層と中心部および高密度層との体積収縮量の差が小さくなるため、正極活物質の二次粒子の内部に十分な大きさの空間部が形成されない可能性がある。
【００９１】
このような微細一次粒子の形状は、ＳＥＭ観察でも十分に把握できずに特定できない場合もあり、基本的には任意の形状を採り得るが、針状であることが好ましい。針状一次粒子は、一次元的な方向性を有する形状であり、粒子が凝集したときに、隙間の多い構造、すなわち、密度の低い構造を形成することができるためである。
【００９２】
上述の通り、微細一次粒子と板状一次粒子の大きさは、ＳＥＭ観察でその凝集により形成された層ないしは部分の相違を理解できる程度に異なっていれば十分であり、具体的に計測する必要はない。たとえば、板状一次粒子の平均粒径が０．３μｍ〜３μｍの範囲にある場合に、ＳＥＭ観察で上記層ないしは部分の相違を理解できる場合には、微細一次粒子については、粒径が小さすぎてその形状が十分に把握できない場合も含めて、微細一次粒子の平均粒径は、通常、０．０２μｍ〜０．３μｍの範囲にある。微細一次粒子と板状一次粒子の形状および大きさがいずれも、ＳＥＭ観察を行うことが可能な場合、次のように求めることが可能である。すなわち、二次粒子の断面に存在する１０個以上の微細一次粒子または板状一次粒子の最大外径（長軸径）を測定し、その平均値を求め、この値を、この二次粒子における微細一次粒子または板状一次粒子の粒径とする。次に、１０個以上の二次粒子について、同様に微細一次粒子および板状一次粒子の粒径を求める。最後に、これらの二次粒子について得られた粒径の平均を求めることにより、これらの複合水酸化物全体における微細一次粒子または板状一次粒子の平均粒径を決定する。
【００９３】
（７）組成
本発明の複合水酸化物は、遷移金属として、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物（ＮＭＣ）からなる三元系の正極活物質の前駆体である。少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する複合水酸化物であって、上述した粒子構造、平均粒径、および粒度分布を有する限り、本発明の適用において、その組成が制限されることはない。
【００９４】
本発明の複合水酸化物は、一般式（Ａ）：ＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔ（ＯＨ）２＋ａ（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、０≦ａ≦０．５、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表される組成を有することが好ましい。このような組成を有する複合水酸化物を前駆体とすることで、後述する一般式（Ｂ）で表される母材としてのリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物、および、一般式（Ｃ）で表される正極活物質を容易に得ることができ、より高い電池性能を実現することができる。
【００９５】
なお、一般式（Ａ）で表される複合水酸化物において、これを構成するニッケル、マンガン、コバルト、および、添加元素Ｍの組成範囲およびその臨界的意義は、一般式（Ｂ）で表されるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物と同様となる。このため、これらの事項について、ここでの説明は省略する。
【００９６】
２．ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物の製造方法
（１）晶析反応
本発明の複合水酸化物の製造方法は、反応槽内に、少なくとも遷移金属を含有する原料水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することで反応水溶液を形成し、晶析反応によって、正極活物質の前駆体となる複合水酸化物を製造する方法である。
【００９７】
本発明の複合水酸化物の製造方法では、晶析反応を、主として核生成を行う核生成工程と、主として粒子成長を行う粒子成長工程の２段階に明確に分離するとともに、それぞれの工程における晶析条件を調整することにより、特に、粒子成長工程において、原料水溶液の供給を継続しながら、反応雰囲気を切り替え、かつ、原料水溶液の組成を切り替えることにより、上述した粒子構造、平均粒径ＭＶ、および、粒度分布を備える複合水酸化物を効率よく得ることを可能としている。
【００９８】
本発明の複合水酸化物の製造方法は、図２に示すように、晶析反応を、反応水溶液の液温２５℃基準におけるｐＨ値を１２．０〜１４．０の範囲に調整し、核生成を行う核生成工程と、核生成工程で得られた核を含む反応水溶液の液温２５℃基準におけるｐＨ値を、核生成工程のｐＨ値よりも低く、かつ、１０．５〜１２．０となるように制御して、核を成長させる、粒子成長工程の２段階に明確に区別している。
【００９９】
また、核生成工程の開始前または核生成工程の開始時において、反応槽内に不活性ガスを流通させることにより、核生成工程および粒子成長工程の初期における反応雰囲気を酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整するとともに、粒子成長工程において、原料水溶液の供給を継続しながら、雰囲気ガスを導入することにより、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素の濃度が２容量％を超えて５容量％以下の酸化性雰囲気に切り替えた後、非酸化性ガスを再度導入することにより、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に切り替える、雰囲気制御を２回行うことを特徴とする。
【０１００】
より具体的には、本発明の複合水酸化物の製造方法は、（１）核生成工程および粒子成長工程の第１段階（初期段階）における反応雰囲気を酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整し、（２）粒子成長工程の第１段階の後に、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素の濃度が２容量％を超えて５容量％以下の酸化性雰囲気に切り替えて、粒子成長工程の第２段階とし、（３）次に、反応雰囲気を、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替えて、粒子成長工程の第３段階とし、（４）さらに、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替えて、粒子成長工程の第４段階とし、（５）最後に、反応雰囲気を、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替えて、粒子成長工程の第５段階とする、工程により構成される。
【０１０１】
反応雰囲気の切り替えを、粒子成長工程において添加される全金属量に対しそれぞれの段階で添加される金属量の割合で定義される、粒子成長工程全体に対するそれぞれの段階における晶析反応の割合については、第１段階を８％〜２０％の範囲とし、第２段階を２％〜２０％の範囲とし、第３段階を１２％〜４０％の範囲とし、第４段階を３％〜４０％とし、第５段階を１０％〜５０％とすることが好ましい。
【０１０２】
基本的には、上記のように反応雰囲気を切り替えることにより、得られる複合水酸化物が、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する組成であるにもかかわらず、少なくとも微細一次粒子の平均粒径が０．０２μｍ以上となるように、板状一次粒子および微細一次粒子を十分に結晶成長させることにより、所望の多層構造を有し、かつ、複合水酸化物としての十分な粒子強度（タップ密度）を有する複合水酸化物の二次粒子が得られる。
【０１０３】
本発明の複合水酸化物の製造方法は、上述した複合水酸化物の構造、平均粒径ＭＶ、および粒度分布を実現できる限り、その組成によって制限されることはないが、一般式（Ａ）で表される複合水酸化物に対して、好適に適用することができる。以下、晶析工程について、より具体的に説明する。
【０１０４】
［核生成工程］
核生成工程では、はじめに、この工程における原料となる遷移金属の化合物を水に溶解し、原料水溶液を調製する。同時に、反応槽内に、アルカリ水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給および混合して、液温２５℃基準で測定するｐＨ値が１２．０〜１４．０、アンモニウムイオン濃度が３ｇ／Ｌ〜２５ｇ／Ｌである反応前水溶液を調製する。なお、反応前水溶液のｐＨ値はｐＨ計により、アンモニウムイオン濃度はイオンメータにより測定することができる。
【０１０５】
次に、この反応前水溶液を撹拌しながら、原料水溶液を供給する。これにより、反応槽内には、核生成工程における反応水溶液である核生用成水溶液が形成される。この核生成用水溶液のｐＨ値は上述した範囲にあるので、核生成工程では、核はほとんど成長することなく、核生成が優先的に起こる。なお、核生成工程では、核生成に伴い、核生成用水溶液のｐＨ値およびアンモニウムイオンの濃度は変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、反応槽内液のｐＨ値が液温２５℃基準でｐＨ１２．０〜１４．０の範囲に、アンモニウムイオンの濃度が３ｇ／Ｌ〜２５ｇ／Ｌの範囲に維持するように制御することが必要となる。
【０１０６】
なお、核生成工程においては、反応槽内に不活性ガスを流通させ、反応雰囲気を酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整することが必要となる。反応雰囲気の調整は、通常、原料水溶液の供給を開始する前に行うことが好ましい。これにより、この複合水酸化物を前駆体とする正極活物質の内部に凝集部が十分に形成され、空間部を形成することによる粒子密度の低下を抑制することが可能となる。
【０１０７】
核生成工程では、核生成用水溶液に、原料水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液を供給することにより、連続して新しい核の生成が継続される。そして、核生成用水溶液中に、所定量の核が生成した時点で、核生成工程を終了する。
【０１０８】
この際、核の生成量は、核生成用水溶液に供給した原料水溶液に含まれる金属化合物の量から判断することができる。核生成工程における核の生成量は、特に制限されるものではないが、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を得るためには、核生成工程および粒子成長工程を通じて供給する原料水溶液に含まれる金属化合物中の金属元素に対して、０．１原子％〜２原子％とすることが好ましく、０．１原子％〜１．５原子％とすることがより好ましい。なお、核生成工程における反応時間は、通常０．２分〜５分程度である。
【０１０９】
［粒子成長工程］
核生成工程終了後、反応槽内の核生成用水溶液のｐＨ値を、液温２５℃基準で１０．５〜１２．０に調整し、粒子成長工程における反応水溶液である粒子成長用水溶液を形成する。ｐＨ値は、アルカリ水溶液の供給を停止することでも調整可能であるが、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を得るためには、一旦、すべての水溶液の供給を停止してｐＨ値を調整することが好ましい。具体的には、すべての水溶液の供給を停止した後、核生成用水溶液に、原料となる金属化合物を構成する酸と同種の無機酸を供給することにより、ｐＨ値を調整することが好ましい。
【０１１０】
次に、この粒子成長用水溶液を撹拌しながら、原料水溶液の供給を再開する。この際、粒子成長用水溶液のｐＨ値は上述した範囲にあるため、新たな核はほとんど生成せず、核（粒子）成長が進行し、所定の粒径を有する複合水酸化物の二次粒子が形成される。なお、粒子成長工程においても、粒子成長に伴い、粒子成長用水溶液のｐＨ値およびアンモニウムイオン濃度は変化するので、アルカリ水溶液およびアンモニア水溶液を適時供給し、ｐＨ値およびアンモニウムイオン濃度を上記範囲に維持することが必要となる。
【０１１１】
特に、本発明の複合水酸化物の製造方法においては、粒子成長工程の途中で、原料水溶液の供給を継続しながら、雰囲気ガスを導入することにより、反応雰囲気を、非酸化性雰囲気から酸素の濃度が２容量％を超えて５容量％以下の酸化性雰囲気に切り替えたり、この非酸化性雰囲気から酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に切り替えたりする操作を行う。
【０１１２】
なお、粒子成長工程においては、散気管を用いて、反応槽内の反応水溶液に不活性ガスおよび／または酸化性ガスを流通させて、酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え、あるいは、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替えを速やかに行うことが好ましい。不活性ガスおよび／または酸化性ガスの反応槽内の反応水溶液への供給方法は、反応水溶液と接する反応槽内の空間への供給も可能であるが、散気管を用いて、不活性ガスおよび／または酸化性ガスを反応水溶液中に直接供給する方法を採ることが好ましい。これにより、雰囲気の切り替え時間を短縮することができ、中心部の大きさ、第１の低密度層、高密度層、第２の低密度層、および外殻層の厚さを適切に設定することが可能となる。
【０１１３】
なお、このような複合水酸化物の製造方法では、核生成工程および粒子成長工程において、金属イオンは、核または一次粒子となって析出する。このため、核生成用水溶液および粒子成長用水溶液中の金属成分に対する液体成分の割合が増加する。この結果、見かけ上、原料水溶液の濃度が低下し、特に、粒子成長工程においては、複合水酸化物の二次粒子の成長が停滞する可能性がある。したがって、液体成分の増加を抑制するため、核生成工程終了後から粒子成長工程の途中で、粒子成長用水溶液の液体成分の一部を反応槽外に排出することが好ましい。具体的には、原料水溶液、アルカリ水溶液およびアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給および攪拌を一旦停止し、粒子成長用水溶液中の核や複合水酸化物を沈降させて、粒子成長用水溶液の上澄み液を排出することが好ましい。このような操作により、粒子成長用水溶液における混合水溶液の相対的な濃度を高めることができるため、粒子成長の停滞を防止し、得られる複合水酸物の二次粒子の粒度分布を好適な範囲に制御することができるばかりでなく、二次粒子全体としての密度も向上させることができる。
【０１１４】
［複合水酸化物の二次粒子の粒径制御］
複合水酸化物の二次粒子の粒径は、粒子成長工程や核生成工程の時間、核生成用水溶液や粒子成長用水溶液のｐＨ値や、原料水溶液の供給量により制御することができる。たとえば、核生成工程を高いｐＨ値で行うことにより、または、粒子生成工程の時間を長くすることにより、供給する原料水溶液に含まれる金属化合物の量を増やし、核の生成量を増加させ、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒径を小さくすることができる。反対に、核生成工程における核の生成量を抑制することで、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒径を大きくすることができる。
【０１１５】
［晶析反応の別実施態様］
本発明の複合水酸化物の製造方法では、核生成用水溶液とは別に、粒子成長工程に適したｐＨ値およびアンモニウムイオン濃度に調整された成分調整用水溶液を用意し、この成分調整用水溶液に、核生成工程後の核生成用水溶液、好ましくは核生成工程後の核生成用水溶液から液体成分の一部を除去したものを添加および混合して、これを粒子成長用水溶液として、粒子成長工程を行ってもよい。
【０１１６】
この場合、核生成工程と粒子成長工程の分離をより確実に行うことができるため、それぞれの工程における反応水溶液を、最適な状態に制御することができる。特に、粒子成長工程の開始時から粒子成長用水溶液のｐＨ値を最適な範囲に制御することができるため、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒度分布をより狭いものとすることができる。
【０１１７】
（２）供給水溶液
ａ）原料水溶液
本発明においては、原料水溶液中に含まれる金属元素の比率が、概ね、得られる複合水酸化物の組成比となる。このため、目的とする複合水酸化物の組成に応じて、原料水溶液の金属元素の含有量を適宜調整することが必要となる。
【０１１８】
たとえば、上述した一般式（Ａ）で表される複合水酸化物を得ようとする場合には、２つの原料水溶液中に含まれる金属元素の比率を、Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃｏ：Ｍ＝ｘ：ｙ：ｚ；ｔ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１）となるように調整する。
【０１１９】
なお、添加元素Ｍを別工程で導入する場合には、原料水溶液に添加元素Ｍが含まれないようにする。また、核生成工程と粒子成長工程とにおいて、添加元素Ｍの添加の有無、あるいは、遷移金属や添加元素Ｍの含有比率を変更することも可能である。
【０１２０】
原料水溶液を調製するための、遷移金属の化合物は、特に制限されることはないが、取扱いの容易性から、水溶性の硝酸塩、硫酸塩、および塩化物などを用いることが好ましく、コストやハロゲンの混入を防止する観点から、硫酸塩を好適に用いることが特に好ましい。
【０１２１】
また、複合水酸化物中に添加元素Ｍ（Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）を含有させる場合には、添加元素Ｍを供給するための化合物としては、同様に水溶性の化合物が好ましく、たとえば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、硫酸ハフニウム、タンタル酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウムなどを好適に用いることができる。
【０１２２】
原料水溶液の濃度は、金属化合物の合計で、好ましくは１ｍｏｌ／Ｌ〜２．６ｍｏｌ／Ｌ、より好ましくは１．５ｍｏｌ／Ｌ〜２．２ｍｏｌ／Ｌとする。原料水溶液の濃度が１ｍｏｌ／Ｌ未満では、反応槽あたりの晶析物量が少なくなるため、生産性が低下する。一方、混合水溶液の濃度が２．６ｍｏｌ／Ｌを超えると、常温での飽和濃度を超えるため、それぞれの金属化合物の結晶が再析出して、配管などを詰まらせるおそれがある。
【０１２３】
上述した金属化合物は、必ずしも原料水溶液として反応槽に供給しなくてもよい。たとえば、混合すると反応して目的とする化合物以外の化合物が生成されてしまう金属化合物を用いて晶析反応を行う場合には、全金属化合物水溶液の合計の濃度が上記範囲となるように、個別に金属化合物水溶液を調製して、個々の金属化合物の水溶液として、所定の割合で反応槽内に供給してもよい。
【０１２４】
また、原料水溶液の供給量は、粒子成長工程の終了時点において、粒子成長水溶液中の生成物の濃度が、好ましくは３０ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌ、より好ましくは８０ｇ／Ｌ〜１５０ｇ／Ｌとなるようにする。生成物の濃度が３０ｇ／Ｌ未満では、一次粒子の凝集が不十分になる場合がある。一方、２００ｇ／Ｌを超えると、反応槽内に、核生成用金属塩水溶液または粒子成長用金属塩水溶液が十分に拡散せず、粒子成長に偏りが生じる場合がある。
【０１２５】
ｂ）アルカリ水溶液
反応水溶液中のｐＨ値を調整するアルカリ水溶液は、特に制限されることはなく、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの一般的なアルカリ金属水酸化物水溶液を用いることができる。なお、アルカリ金属水酸化物を、直接、反応水溶液に添加することもできるが、ｐＨ制御の容易さから、水溶液として添加することが好ましい。この場合、アルカリ金属水酸化物水溶液の濃度を、好ましくは２０質量％〜５０質量％、より好ましくは２０質量％〜３０質量％とする。アルカリ金属水溶液の濃度をこのような範囲に規制することにより、反応系に供給する溶媒量（水量）を抑制しつつ、添加位置で局所的にｐＨ値が高くなることを防止することができるため、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を効率的に得ることが可能となる。
【０１２６】
なお、アルカリ水溶液の供給方法は、反応水溶液のｐＨ値が局所的に高くならず、かつ、所定の範囲に維持される限り、特に制限されることはない。たとえば、反応水溶液を十分に撹拌しながら、定量ポンプなどの流量制御が可能なポンプにより供給すればよい。
【０１２７】
ｃ）アンモニウム供給体を含む水溶液
アンモニウムイオン供給体を含む水溶液も、特に制限されることはなく、たとえば、アンモニア水、または、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、もしくは、フッ化アンモニウムなどの水溶液を使用することができる。
【０１２８】
アンモニウムイオン供給体として、アンモニア水を使用する場合には、その濃度は、好ましくは２０質量％〜３０質量％、より好ましくは２２質量％〜２８質量％とする。アンモニア水の濃度をこのような範囲に規制することにより、揮発などによるアンモニアの損失を最小限に抑制することができるため、生産効率の向上を図ることが可能となる。
【０１２９】
なお、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液の供給方法も、アルカリ水溶液と同様に、流量制御が可能なポンプにより供給することができる。
【０１３０】
[ｐＨ値]
本発明の複合水酸化物の製造方法においては、反応水溶液の液温２５℃基準におけるｐＨ値を、核生成工程においては１２．０〜１４．０の範囲に、粒子成長工程においては１０．５〜１２．０の範囲に制御することが必要となる。なお、いずれの工程においても、晶析反応中のｐＨ値の変動幅は、±０．２以内に制御することが好ましい。ｐＨ値の変動幅が大きい場合には、核生成量と粒子成長の割合が一定とならず、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を得ることが困難となる。なお、反応水溶液のｐＨ値はｐＨ計により測定することができる。
【０１３１】
ａ）核生成工程
核生成工程においては、反応水溶液（核生成用水溶液）のｐＨ値を、液温２５℃基準で、１２．０〜１４．０、好ましくは１２．３〜１３．５、より好ましくは１２．５〜１３．３の範囲に制御することが必要となる。これにより、核の成長を抑制し、核生成を優先させることが可能となり、この工程で生成する核を均質かつ粒度分布の狭いものとすることができる。一方、ｐＨ値が１２．０未満では、核生成とともに核（粒子）の成長が進行するため、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。また、ｐＨ値が１４．０を超えると、生成する核が微細になりすぎるため、核生成用水溶液がゲル化する問題が生じる。
【０１３２】
ｂ）粒子成長工程
粒子成長工程においては、反応水溶液（粒子成長水溶液）のｐＨ値を、液温２５℃基準で、１０．５〜１２．０、好ましくは１１．０〜１２．０、より好ましくは１１．５〜１２．０の範囲に制御することが必要となる。これにより、新たな核の生成が抑制され、粒子成長を優先させることが可能となり、得られる複合水酸化物の二次粒子を均質かつ粒度分布が狭いものとすることができる。一方、ｐＨ値が１０．５未満では、アンモニウムイオン濃度が上昇し、金属イオンの溶解度が高くなるため、晶析反応の速度が遅くなるばかりでなく、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、生産性が悪化する。また、ｐＨ値が１２．０を超えると、粒子成長工程中の核生成量が増加し、得られる複合水酸化物の二次粒子の粒径が不均一となり、粒度分布が悪化する。
【０１３３】
なお、ｐＨ値が１２．０の場合は、核生成と核成長の境界条件であるため、反応水溶液中に存在する核の有無により、核生成工程または粒子成長工程のいずれかの条件とすることができる。すなわち、核生成工程のｐＨ値を１２．０より高くして多量に核生成させた後、粒子成長工程のｐＨ値を１２．０とすると、反応水溶液中に多量の核が存在するため、粒子成長が優先して起こり、粒径分布が狭い複合水酸化物の二次粒子を得ることができる。一方、核生成工程のｐＨ値を１２．０とすると、反応水溶液中に成長する核が存在しないため、核生成が優先して起こり、粒子成長工程のｐＨ値を１２．０より小さくすることで、生成した核が成長して良好な複合水酸化物の二次粒子を得ることができる。いずれの場合においても、粒子成長工程のｐＨ値を核生成工程のｐＨ値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、粒子成長工程のｐＨ値を核生成工程のｐＨ値より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。
【０１３４】
［反応雰囲気］
ａ）非酸化性雰囲気
本発明の製造方法においては、複合水酸化物の二次粒子の中心部、高密度層、および外殻層を形成する段階における反応雰囲気は、非酸化性雰囲気である。具体的には、不活性ガスなどの非酸化性ガスを導入することにより、反応雰囲気中における酸素濃度が、２容量％以下、好ましくは１容量％以下である非酸化性雰囲気となるように、酸素と不活性ガスの混合雰囲気に制御することが必要となる。これにより、不要な酸化を抑制しつつ、核生成工程で生成した核を一定の範囲まで成長させることができるため、複合水酸化物の二次粒子の中心部、高密度層、および外殻層を板状一次粒子が凝集した構造とすることができる。
【０１３５】
非酸化性雰囲気における反応雰囲気中の酸素濃度が、２容量％を超えると、本発明においては、板状一次粒子と微細一次粒子の差が十分でなくなり、所望の粒子構造を得られない可能性がある。
【０１３６】
ｂ）酸化性雰囲気
一方、複合水酸化物の二次粒子の第１の低密度層および第２の低密度層を形成する段階では、反応雰囲気を、酸化性雰囲気に制御する。具体的には、反応雰囲気中における酸素濃度が、２容量％を超えて５容量％以下となるように、好ましくは３容量％以上となるように制御する。反応雰囲気中の酸素濃度をこのような範囲に制御することにより、粒子成長が抑制され、微細一次粒子の平均粒径が０．０２μｍ〜０．３μｍの範囲となるため、中心部、高密度層、および外殻層と十分な密度差を有する第１の低密度層および第２の低密度層を形成することができる。反応雰囲気中における酸素濃度が、５容量％を超えると、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する組成の三元系の複合水酸化物では、微細一次粒子の平均粒径が０．０２μｍ未満となって、高密度層および外殻層に吸収される微細一次粒子の総量が不十分となって、このような複合水酸化物を前駆体として得られたリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物において、その粒子強度の向上が十分に図られない。一方、反応雰囲気中における酸素濃度が２容量以下であると、微細一次粒子の平均粒径が０．３μｍを超えてしまい、中心部、高密度層および外殻層を構成する板状一次粒子と、第１の低密度層および第２の低密度層を構成する微細一次粒子との間でその粒径の差が小さくなりすぎて、低密度層の収縮による、空間部の形成が不十分となるおそれがある。
同様の理由により、非酸化性雰囲気と酸化性雰囲気における酸素の濃度の差は、１．０容量％以上であることが好ましく、２．０容量％以上あることがより好ましい。
【０１３７】
酸化性雰囲気における酸素濃度をこの範囲に規制することにより、第１の低密度層および第２の低密度層の収縮により、第１の低密度層および第２の低密度層を構成する、平均粒径が０．０２μｍ以上と十分な大きさであって、十分な量の微細一次粒子を吸収しつつ、高密度層および外殻層を構成する板状一次粒子が焼結して、得られるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物において、十分な強度を有する凝集部および外殻部が形成される。
【０１３８】
上述のように、従来の方法では、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する組成の複合水酸化物を得る場合についても、酸化性雰囲気として、酸素濃度が５容量％を超える雰囲気、具体的には大気雰囲気（酸素濃度：２１容量％）で行っていたため、ニッケルマンガンコバルト含有複合水酸化物において、微細一次粒子の平均粒径が０．０２μｍ未満となるため、二次粒子が十分な粒子強度（タップ密度）を有さず、複合水酸化物の焼成後に得られるリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物において、第１の低密度層および第２の低密度層を構成し、高密度層および外殻層に吸収される微細一次粒子の量が十分ではないため、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物において、凝集部および外殻部の強度が不十分となる。
【０１３９】
ｃ）反応雰囲気の切り替え
本発明の複合水酸化物の製造方法では、散気管を用いて、反応水溶液中に雰囲気ガスを直接供給する場合には、反応雰囲気、すなわち反応場である反応水溶液中の酸素溶存量は、反応槽内の酸素濃度の変化に対して遅れることなく変化する。したがって、雰囲気の切り替え時間は、反応槽内の酸素濃度を測定することにより確認することができる。一方、反応槽内の反応水溶液に接する空間へと、雰囲気ガスを供給する場合には、反応水溶液の酸素溶存量の変化と反応槽内の酸素濃度の変化とにタイムラグが生じるため、反応槽内の酸素濃度の変化が安定するまでは、反応水溶液の酸素溶存量を、即時的に正しい値として確認することはできないが、同様に、反応槽内の酸素濃度が安定した後の測定値により確認することが可能である。このように、いずれの場合も、反応槽内の酸素濃度を基準として得られた雰囲気の切り替え時間を、反応場である反応水溶液中の酸素溶存量の切り替え時間とすることができ、よって、反応槽内の酸素濃度を基準として、反応雰囲気の時間的な制御を適切に行うことができる。
【０１４０】
なお、本発明において、雰囲気の切り替えに要する時間は、粒子成長工程の全体に対して１％〜２％程度である。この時間は、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気、または酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に切り替えるときも共通である。したがって、雰囲気の切り替え時間を、単独で厳密に管理することも可能であるが、通常は、雰囲気切り替え後の非酸化性雰囲気あるいは酸化性雰囲気の時間に含めて管理すれば十分である。
【０１４１】
より具体的には、粒子成長段階の第１段階（初期段階）における非酸化性雰囲気による晶析反応は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは８％〜２０％の範囲、より好ましくは１０％〜１８％の範囲とする。
【０１４２】
第２段階における酸化性雰囲気による晶析反応（非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替え時間を含む）は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは２％〜２０％の範囲、より好ましくは３％〜１５％の範囲とする。ただし、第２段階と第４段階の酸化性雰囲気での晶析反応全体の割合が好ましくは４％〜４５％の範囲、より好ましくは５％〜３５％の範囲から外れないようにする。
【０１４３】
第３段階における非酸化性雰囲気による晶析反応（酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え時間を含む）は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは１２％〜４０％の範囲、より好ましくは１４％〜３４％の範囲として、２回目の前記酸化性雰囲気への切り替えを、前記粒子成長工程の開始から該粒子成長工程の全体に対して３％〜４０％の範囲、好ましくは４％〜２５％の範囲で行う。
【０１４４】
第４段階における酸化性雰囲気による晶析反応（非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気への切り替え時間を含む）は、粒子成長工程時間の全体に対して、第２段階の晶析反応の割合の好ましくは１．２倍〜２．５倍、より好ましくは１．５倍〜２．０倍であって、好ましくは３％〜４０％の範囲、より好ましくは４％〜２５％の範囲とする。
【０１４５】
第５段階における非酸化性雰囲気による晶析反応（酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気への切り替え時間を含む）は、粒子成長工程時間の全体に対して、好ましくは１０％〜５０％の範囲、より好ましくは２５％〜４５％の範囲として、十分な外殻部の骨格を形成することが好ましい。所定時間の経過後、最終的に晶析反応を終了させる。
【０１４６】
なお、それぞれの段階における晶析反応の割合というのは、粒子成長工程において添加される全金属量に対する、それぞれの段階で添加される金属量の割合で定義される。実際の操業においては、これらは、原料水溶液を一定に供給して、添加される金属量を一定にすることで、粒子成長工程全体の時間に対して、それぞれの晶析反応時間が所定の割合となるように制御することができる。
【０１４７】
ｄ）切替方法
晶析工程中における反応雰囲気の切り替えは、反応槽内に雰囲気ガスを流通させるか、反応水溶液に、内径が１ｍｍ〜５０ｍｍ程度の導管を挿入し、雰囲気ガスによってバブリングすることで行うことが一般的である。この場合、反応雰囲気の切り替えに長時間を要するため、切替中に、原料水溶液の供給を停止することが必要とされる。原料水溶液の供給を停止しないと、複合水酸化物の粒子内部に緩やかな密度勾配が形成される可能性がある。この場合、特に、第１の低密度層および第２の低密度層の形成が不十分となる場合がある。
【０１４８】
一方、反応雰囲気の切り替えを散気管によって行うと、散気管が、表面に微細な孔を多数有する導管によって構成され、液体中に微細なガス（気泡）を多数放出することができるため、短時間で反応雰囲気の切り替えを行うことが可能である。このため、反応雰囲気の切替時に、原料水溶液の供給を停止する必要はなく、生産効率の改善を図ることができる。この場合、酸化性雰囲気での晶析反応の割合が短くなる場合であっても、低密度層を十分に形成することが可能となる。
【０１４９】
散気管としては、高ｐＨ環境下における耐性に優れるセラミック製のものを用いることが好ましい。また、散気管は、その孔径が小さいほど、微細な気泡を放出することができるため、高い効率で反応雰囲気を切り替えることが可能となる。孔径が１００μｍ以下の散気管を用いることが好ましく、５０μｍ以下の散気管を用いることがより好ましい。
【０１５０】
（３）アンモニウムイオン濃度
反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは３ｇ／Ｌ〜２５ｇ／Ｌ、より好ましくは５ｇ／Ｌ〜２０ｇ／Ｌの範囲内で一定値に保持する。反応水溶液中においてアンモニウムイオンは錯化剤として機能するため、アンモニウムイオン濃度が３ｇ／Ｌ未満では、金属イオンの溶解度を一定に保持することができず、また、反応水溶液がゲル化しやすくなり、形状や粒径の整った複合水酸化物の二次粒子を得ることが困難となる。一方、アンモニウムイオン濃度が２５ｇ／Ｌを超えると、金属イオンの溶解度が大きくなりすぎるため、反応水溶液中に残存する金属イオン量が増加し、組成ずれなどの原因となる。なお、反応水溶液のアンモニウムイオン濃度は、イオンメータにより測定することができる。
【０１５１】
なお、晶析反応中にアンモニウムイオン濃度が変動すると、金属イオンの溶解度が変動し、均一な複合水酸化物の二次粒子が形成されなくなる。このため、核生成工程と粒子成長工程を通じて、アンモニウムイオン濃度の変動幅を一定の範囲に制御することが好ましく、具体的には、±５ｇ／Ｌの変動幅に制御することが好ましい。
【０１５２】
（４）反応温度
反応水溶液の温度（反応温度）は、核生成工程と粒子成長工程を通じて、好ましくは２０℃以上、より好ましくは２０℃〜６０℃の範囲に制御することが必要となる。反応温度が２０℃未満では、反応水溶液の溶解度が低くなることに起因して、核生成が起こりやすくなり、得られる複合水酸化物の二次粒子の平均粒径ＭＶや粒度分布の制御が困難となる。なお、反応温度の上限は、特に制限されることはないが、６０℃を超えると、アンモニアの揮発が促進され、反応水溶液中のアンモニウムイオンを一定範囲に制御するために供給するアンモニウムイオン供給体を含む水溶液の量が増加し、生産コストが増加してしまう。
【０１５３】
（５）被覆工程
本発明の複合水酸化物の製造方法では、原料水溶液中に添加元素Ｍを含有する化合物を添加することで、粒子内部に添加元素Ｍが分散した複合水酸化物の二次粒子を得ることができる。しかしながら、より少ない添加量で、添加元素Ｍの添加による効果を得ようとする場合には、粒子成長工程後に、複合水酸化物の二次粒子の表面を、添加元素Ｍを含む化合物で被覆する被覆工程を行うことが好ましい。
【０１５４】
被覆方法は、複合水酸化物の二次粒子を、添加元素Ｍを含む化合物によって被覆することができる限り、特に制限されることはない。たとえば、複合水酸化物をスラリー化し、そのｐＨ値を所定の範囲に制御した後、添加元素Ｍを含む化合物を溶解した水溶液（被覆用水溶液）を添加し、複合水酸化物の二次粒子の表面に添加元素Ｍを含む化合物を析出させることで、添加元素Ｍを含む化合物によって被覆された複合水酸化物の二次粒子を得ることができる。この場合、被覆用水溶液に代えて、添加元素Ｍのアルコキシド溶液をスラリー化した複合水酸化物に添加してもよい。また、複合水酸化物をスラリー化せずに、添加元素Ｍを含む化合物を溶解した水溶液またはスラリーを吹き付けて乾燥させることにより被覆してもよい。さらに、複合水酸化物と添加元素Ｍを含む化合物が懸濁したスラリーを噴霧乾燥させる方法により、または、複合水酸化物と添加元素Ｍを含む化合物を固相法で混合するなどの方法により被覆することもできる。
【０１５５】
なお、複合水酸化物の二次粒子の表面を添加元素Ｍで被覆する場合には、被覆後の複合水酸化物の組成が、目的とする複合水酸化物の組成と一致するように、原料水溶液および被覆用水溶液の組成を適宜調整することが必要となる。また、被覆工程は、複合水酸化物を熱処理した後の熱処理粒子に対して行ってもよい。
【０１５６】
（６）製造装置
本発明の複合水酸化物を製造するための晶析装置（反応槽）としては、反応雰囲気の切り替えおよび原料水溶液の切り替えを行うことができるものである限り、特に制限されることはない。しかしながら、晶析反応が終了するまで、析出した生成物を回収しないバッチ式晶析装置を用いることが好ましい。このような晶析装置であれば、オーバーフロー方式によって生成物を回収する連続晶析装置とは異なり、成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されることがないため、粒度分布の狭い複合水酸化物の二次粒子を容易に得ることができる。また、本発明の複合水酸化物の製造方法では、晶析反応中の反応雰囲気を適切に制御することが必要となるため、密閉式の晶析装置を用いることが好ましい。
【０１５７】
３．リチウムイオン二次電池用正極活物質の母材としてのリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物
（１）粒子構造
本発明のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物（以下、「複合酸化物」という）は、遷移金属として、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する、三元系である。この複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。本発明の複合酸化物では、図３に示すように、二次粒子は、凝集した一次粒子からなる外殻部６と、外殻部６の内側に存在し、外殻部６と同様に凝集した一次粒子からなり、かつ、外殻部６と電気的に導通する凝集部７、および、外殻部６の内側で凝集部７の間に分散して存在する空間部８とを備えた多孔質構造を有している。
【０１５８】
ここで、「電気的に導通する」とは、一次粒子の凝集部同士が、構造的に接続され、電気的に導通可能な状態であることを意味する。「外殻部」は、前駆体である複合水酸化物の二次粒子の最も外側に形成された外殻層および第２の低密度層が焼結収縮した部分に相当する。「凝集部」は、前駆体である複合水酸化物の二次粒子の中心部、第１の低密度層、高密度層、第２の低密度層が焼結収縮した部分に相当する。「空間部」は、前駆体である複合水酸化物の二次粒子の第１の低密度部および第２の低密度部を構成する微細一次粒子が周囲の板状一次粒子に吸収されることにより形成された気孔構造である。これらの空間部は、凝集部の存在により相互に離間して存在するが、一次粒子間の粒界や空隙を介して、外部および相互に連通し、空間部内への非水電解質と導電助剤の侵入が可能である。
【０１５９】
本発明の複合酸化物は、このような粒子構造により、従来の中空構造を有する複合酸化物と比較して、より大きい比表面積とより高いタップ密度を両立させている。本発明の粒子構造を有する複合酸化物を母材とする正極活物質では、一次粒子間の粒界や空隙または空間部を介して、二次粒子の内部に非水電解質が浸入するため、二次粒子の表面ばかりでなく、二次粒子の内部においても、リチウムの脱離および挿入が可能となる。しかも、この複合酸化物を母材とする正極活物質は、外殻部と凝集部とが電気的に導通し、かつ、その経路の断面積が十分に大きいため、粒子内部の抵抗（内部抵抗）を大幅に低減することができる。
【０１６０】
このような構造を有する複合酸化物を母材とする正極活物質を正極材料に用いてリチウムイオン二次電池を構成した場合、正極活物質の耐久性が向上し、その劣化による正極界面抵抗の抵抗に伴う、出力特性の悪化が防止され、電池容量やサイクル特性を損なうことなく、出力特性をさらに改善することが可能となる。
【０１６１】
（２）平均粒径ＭＶ
本発明の複合酸化物は、平均粒径ＭＶが、３μｍ〜１０μの範囲、好ましくは４μｍ〜９μｍの範囲、より好ましくは４μｍ〜８μｍの範囲となるように調整される。正極活物質の母材となる複合酸化物の平均粒径がこのような範囲にあれば、この正極活物質を用いた二次電池の単位体積あたりの電池容量を増加させることができるばかりでなく、安全性や出力特性も改善することができる。これに対して、平均粒径ＭＶが３μｍ未満では、この複合酸化物を母材とする正極活物質の充填性が低下し、単位体積あたりの電池容量を増加させることができない。一方、平均粒径ＭＶが１０μｍを超えると、この複合酸化物を母材とする正極活物質の反応面積が低下し、非水電解質との界面が減少するため、出力特性を改善することが困難となる。
【０１６２】
なお、複合酸化物の平均粒径ＭＶとは、上述した複合水酸化物と同様に、体積基準平均粒径（Mean Volume Diameter）を意味し、たとえば、レーザ光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。
【０１６３】
（３）粒度分布
本発明の複合酸化物は、粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕が、０．７０以下、好ましくは０．６０以下、より好ましくは０．５５以下であり、きわめて粒度分布が狭い二次粒子により構成される。このような複合酸化物を母材とする正極活物質は、微細粒子や粗大粒子の割合が少なく、これを用いた二次電池は、安全性、サイクル特性および出力特性が優れたものとなる。
【０１６４】
これに対して、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕が０．７０を超えると、正極活物質中の微細粒子や粗大粒子の割合が増加する。たとえば、微細粒子の割合が多いと、微細粒子の局所的な反応に起因して、二次電池が発熱しやすくなり、安全性が低下するばかりでなく、微細粒子の選択的な劣化により、サイクル特性が劣ったものとなる。また、粗大粒子の割合が多いと、非水電解質と正極活物質の反応面積を十分に確保することができず、出力特性が劣ったものとなる。
【０１６５】
工業規模の生産を前提とした場合には、正極活物質の母材である複合酸化物として、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕が過度に小さいものを用いることは現実的ではない。したがって、コストや生産性を考慮すると、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕の下限値は、０．２５程度とすることが好ましい。
【０１６６】
なお、粒度分布の広がりを示す指標〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕におけるｄ１０およびｄ９０の意味、ならびに、これらの求め方は、上述した複合水酸化物の場合と同様である。
【０１６７】
（４）一次粒子
本発明の複合酸化物において、外殻部および凝集部を構成する一次粒子は、平均粒径が０．０２μｍ〜０．３μｍの範囲にある大きさで形成される。一次粒子の大きさは、複合水酸化物の場合と同様に、二次粒子を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などにより、その断面観察が可能な状態とした後、その断面について、ＦＥ−ＳＥＭなどのＳＥＭを用いて観察し、二次粒子の断面に存在する１０個以上の一次粒子の最大外径（長軸径）を測定し、その平均値を求めることにより得られる。複合酸化物は、前駆体である複合水酸化物を適切な焼成条件で焼成することにより、前駆体を構成する板状一次粒子が、微細一次粒子を吸収しつつ、焼結収縮することにより、上記の大きさの一次粒子が形成される。一次粒子の平均粒径が０．０２μｍを下回ると、この複合酸化物を母材として得られる正極活物質が脆弱になり十分な電池性能が得られないという問題が生じうる。一方、一次粒子の平均粒径が０．３μｍを上回ると、粒子内の固体内拡散距離が長くなり、十分な電池性能が得られないという問題が生じうる。本発明の複合酸化物では、個々の一次粒子は、概ね均一な組成を有する。
【０１６８】
（５）外殻部
二次粒子を構成する外殻部は、一次粒子の凝集体によって構成される。外殻部の厚さは、０．１μｍ〜１．０μｍの範囲にあることが好ましい。外殻部の厚さが０．１μｍ未満では、二次粒子の強度が十分に担保されない。一方、外殻部の厚さが１．０μｍを超えると、内部に適切な大きさの空間部および凝集部が形成されない、二次粒子の内部に非水電解質が十分に浸透しないといった問題を生じうる。外殻部の厚さは、好ましくは０．１μｍ〜０．５μｍの範囲であり、より好ましくは０．１２μｍ〜０．３μｍの範囲である。
【０１６９】
（６）タップ密度
携帯電子機器の使用時間や電気自動車の走行距離を伸ばすために、二次電池の高容量化は重要な課題となっている。一方、二次電池の電極の厚さは、電池全体のパッキングや電子伝導性の問題から数μｍ程度とすることが要求される。このため、正極活物質として高容量のものを使用するばかりでなく、正極活物質の充填性を高め、二次電池全体としての高容量化を図ることが必要となる。
【０１７０】
このような観点から、本発明の複合酸化物では、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する三元系の組成を有し、かつ、多孔質構造を有していても、充填性（複合酸化物を構成する二次粒子の球形性）の指標であるタップ密度が、１．０ｇ／ｃｍ３以上であり、１．１ｇ／ｃｍ３〜１．８ｇ／ｃｍ３の範囲にあることが好ましい。タップ密度が１．０ｇ／ｃｍ３未満のときは、ＢＥＴ比表面積を大きくしても、充填性が低く、二次電池全体の電池容量を十分に向上させることができない場合がある。一方、タップ密度の上限値は、特に制限されるものではないが、本発明の組成および粒子構造の場合、通常の製造条件での上限は、１．８ｇ／ｃｍ３程度となる。タップ密度は、１．２ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、１．４ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。
【０１７１】
なお、タップ密度とは、ＪＩＳ  Ｚ−２５０４に基づき、容器に採取した試料粉末を、１００回タッピングした後のかさ密度を表し、振とう比重測定器を用いて測定することができる。
【０１７２】
（７）粒子強度
本発明の複合酸化物は、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する三元系の組成を有し、内部に空隙が多いという構造を有しながら、この複合酸化物を母材として最終的な正極活物質を得るための、タングステン化合物との混合工程、特に、乾式混合および水を噴霧して混合する工程において、多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物が粉砕されて、粉砕されることなく、微粉の発生を効果的に防止できる点に特徴がある。
【０１７３】
本発明の複合酸化物のＪＩＳＺ８８４４：２０１９による粒子強度は、２０ＭＰａ〜３６ＭＰａの範囲にある。この粒子強度は、好ましくは２４ＭＰａ〜３６ＭＰａの範囲であり、より好ましくは２８ＭＰａ〜３６ＭＰａの範囲である。
【０１７４】
この粒子強度が２０ＭＰａ未満では、タングステン化合物との混合工程において、複合酸化物が粉砕されて、微粉が発生する可能性がある。一方、この粒子強度が３６ＭＰａを超える複合酸化物を得ようとすると、より高温での焼成が必要となり、複合水酸化物を構成する二次粒子間の焼結が進行し、正極活物質の平均粒径ＭＶや粒度分布を所定の範囲に設定することが困難となる。
【０１７５】
粒子強度の測定は、ＪＩＳＺ８８４４：２０１９に準拠した、微小粒子圧縮試験機（圧壊力測定装置）を使用して行うことができる。
【０１７６】
（８）ＢＥＴ比表面積
本発明の複合酸化物は、二次粒子の内部に形成された空間部の存在により比表面積を向上させている点に特徴がある。本発明における複合酸化物の比表面積としては、たとえば窒素ガス吸着によるＢＥＴ法により測定したＢＥＴ比表面積が用いられる。本発明の複合酸化物において、上述の二次粒子の構造が維持される限り、ＢＥＴ比表面積は可能な限り大きくあることが好ましい。ＢＥＴ比表面積が大きくなるほど非水電解質との接触面積が大きく、これを用いた二次電池の出力特性を大幅に改善することができるためである。具体的には、本発明の複合酸化物のＢＥＴ比表面積は、２．０ｍ２／ｇ〜５．０ｍ２／ｇの範囲にあることが好ましい。本発明において、複合酸化物の比表面積が２．０ｍ２／ｇ未満では、この複合酸化物を母材とする正極活物質を正極材料として二次電池を構成した場合に、非水電解質との反応面積を十分に確保することができず、出力特性を十分に向上させることが困難となる。ＢＥＴ比表面積は、２．５ｍ２／ｇ〜５．０ｍ２／ｇであることがより好ましく、３．０ｍ２／ｇ〜６．０ｍ２／ｇであることがさらに好ましい。
【０１７７】
（９）組成
本発明の複合酸化物は、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する三元系の組成を有する、リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物であって、上述した構造を有する限り、その組成が制限されることはないが、本発明は、一般式（Ｂ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表される組成を有し、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有することが好ましい。
【０１７８】
この複合酸化物において、リチウム（Ｌｉ）の過剰量を示すｕの値は、好ましくは−０．０５〜０．５０の範囲、より好ましくは０〜０．５０の範囲、さらに好ましくは０〜０．３５の範囲にあるようにする。ｕの値を上記範囲に規制することにより、この複合酸化物を母材とする正極活物質を正極材料として用いた二次電池の出力特性および電池容量を向上させることができる。これに対して、ｕの値が−０．０５未満では、二次電池の正極抵抗が大きくなるため、出力特性を向上させることができない。一方、０．５０を超えると、初期放電容量が低下するばかりでなく、正極抵抗も大きくなってしまう。
【０１７９】
ニッケル（Ｎｉ）は、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素であり、高ニッケル比率の三元系の正極活物質とする観点から、その含有量を示すｘの値は、好ましくは０．３〜０．７の範囲、より好ましくは０．４〜０．６５の範囲、さらに好ましくは、０．５〜０．６の範囲にあるようにする。ｘの値が０．３未満では、二次電池のエネルギー密度を十分に向上させることができない。一方、ｘの値が０．７を超えると、他の元素の含有量が減少し、三元系の正極活物質としての効果を得ることができない。
【０１８０】
マンガン（Ｍｎ）は、熱安定性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すｙの値は、好ましくは０．１５〜０．４の範囲、より好ましくは０．２〜０．３５の範囲にあるようにする。ｙの値が０．１５未満では、この複合酸化物を母材とする正極活物質を用いた二次電池の熱安定性を向上させることができない。一方、ｙの値が０．４を超えると、高温作動時に正極活物質からＭｎが溶出し、充放電サイクル特性が劣化してしまう。
【０１８１】
コバルト（Ｃｏ）は、充放電サイクル特性の向上に寄与する元素であり、その含有量を示すｚの値は、好ましくは０．１５〜０．４の範囲、より好ましくは０．２〜０．３５の範囲にあるようにする。ｚの値が０．４を超えると、二次電池の初期放電容量が大幅に低下してしまう。
【０１８２】
本発明の正極活物質の母材である複合酸化物では、二次電池の耐久性や出力特性をさらに改善するため、上述した金属元素に加えて、添加元素Ｍを含有してもよい。このような添加元素Ｍとしては、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）から選択される１種以上を用いることができる。
【０１８３】
添加元素Ｍの含有量を示すｔの値は、好ましくは０〜０．１の範囲、より好ましくは０．００１〜０．０５の範囲にあるようにする。ｔの値が０．１を超えると、Ｒｅｄｏｘ反応に寄与する金属元素が減少するため、二次電池の電池容量が低下する。
【０１８４】
このような添加元素Ｍは、複合酸化物の粒子内部に分散させてもよく、複合酸化物の粒子表面を被覆させてもよい。さらには、粒子内部に分散させた上で、その表面を被覆させてもよい。いずれにしても、添加元素Ｍの含有量が上記範囲となるように制御することが必要となる。
【０１８５】
４．リチウムイオン二次電池用正極活物質の母材としてのリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の製造方法
本発明の複合酸化物の製造方法は、上述した複合水酸化物を前駆体として用い、所定の粒子構造、平均粒径ＭＶおよび粒度分布を備える複合酸化物を合成することができる限り、特に制限されることはない。しかしながら、工業規模の生産を前提とした場合には、上述した複合水酸化物をリチウム化合物と混合し、リチウム混合物を得る混合工程と、得られたリチウム混合物を、酸化性雰囲気中、６５０℃〜９２０℃で焼成する焼成工程とを備える製造方法によって複合酸化物を合成することが好ましい。なお、必要に応じて、上述した工程に、熱処理工程や仮焼工程などの工程を追加してもよい。このような製造方法によれば、上述した複合酸化物、特に、一般式（Ｂ）で表される複合酸化物を容易に得ることができる。
【０１８６】
（１）熱処理工程
本発明の複合酸化物の製造方法においては、任意的に、混合工程の前に熱処理工程を設けて、複合水酸化物を熱処理粒子としてからリチウム化合物と混合してもよい。ここで、熱処理粒子には、熱処理工程において余剰水分を除去された複合水酸化物のみならず、熱処理工程により、酸化物に転換された前駆体としての複合酸化物、または、これらの混合物も含まれる。
【０１８７】
熱処理工程は、複合水酸化物を１０５℃〜７５０℃に加熱して熱処理することにより、複合水酸化物に含有される余剰水分を除去する工程である。これにより、焼成工程後まで残留する水分を一定量まで減少させることができ、得られる複合酸化物の組成のばらつきを抑制することができる。
【０１８８】
熱処理工程における加熱温度は１０５℃〜７５０℃とする。加熱温度が１０５℃未満では、複合水酸化物中の余剰水分が除去できず、ばらつきを十分に抑制することができない場合がある。一方、加熱温度が７５０℃を超えても、それ以上の効果は期待できないばかりか、生産コストが増加してしまう。
【０１８９】
なお、熱処理工程では、複合酸化物中のそれぞれの金属成分の原子数や、Ｌｉの原子数の割合にばらつきが生じない程度に水分が除去できればよいので、必ずしもすべての複合水酸化物を前駆体としての複合酸化物に転換する必要はない。しかしながら、それぞれの金属成分の原子数やＬｉの原子数の割合のばらつきをより少ないものとするためには、４００℃以上に加熱して、すべての複合水酸化物を前駆体としての複合酸化物に転換することが好ましい。なお、熱処理条件による複合水酸化物に含有される金属成分を分析によって予め求めておき、リチウム化合物との混合比を決めておくことで、上述したばらつきをより抑制することができる。
【０１９０】
熱処理を行う雰囲気は特に制限されるものではなく、非還元性雰囲気であればよいが、簡易的に行える空気気流中で行うことが好ましい。
【０１９１】
また、熱処理時間は、特に制限されないが、複合水酸化物中の余剰水分を十分に除去する観点から、少なくとも１時間とすることが好ましく、５時間〜１５時間とすることがより好ましい。
【０１９２】
（２）混合工程
混合工程は、上述した複合水酸化物または熱処理粒子に、リチウム化合物を混合して、リチウム混合物を得る工程である。
【０１９３】
混合工程では、リチウム混合物中のリチウム以外の金属原子、具体的には、ニッケルマンガンコバルトおよび添加元素Ｍとの原子数の和（Ｍｅ）と、リチウムの原子数（Ｌｉ）との比（Ｌｉ／Ｍｅ）が、０．９５〜１．５、好ましくは１．０〜１．５、より好ましくは１．０〜１．３５、さらに好ましくは１．０〜１．２となるように、複合水酸化物または熱処理粒子とリチウム化合物を混合することが必要となる。すなわち、焼成工程の前後ではＬｉ／Ｍｅは変化しないので、混合工程におけるＬｉ／Ｍｅが、目的とする正極活物質のＬｉ／Ｍｅとなるように、複合水酸化物または熱処理粒子とリチウム化合物を混合することが必要となる。
【０１９４】
混合工程で使用するリチウム化合物は、特に制限されることはないが、入手の容易性から、水酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムまたはこれらの混合物を用いることが好ましい。特に、取り扱いの容易さや品質の安定性を考慮すると、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムを用いることが好ましい。
【０１９５】
複合水酸化物または熱処理粒子とリチウム化合物は、微粉が生じない程度に十分に混合することが好ましい。混合が不十分であると、個々の粒子間でＬｉ／Ｍｅにばらつきが生じ、十分な電池特性を得ることができない場合がある。なお、混合には、一般的な混合機を使用することができる。たとえば、シェーカーミキサ、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Ｖブレンダなどを用いることができる。
【０１９６】
（３）仮焼工程
リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用する場合には、混合工程後、焼成工程の前に、リチウム混合物を、後述する焼成温度よりも低温、かつ、３５０℃〜８００℃、好ましくは４５０℃〜７８０℃で仮焼する仮焼工程を行ってもよい。これにより、複合水酸化物または熱処理粒子中に、リチウムを十分に拡散させることができ、より均一なリチウム複合酸化物を得ることができる。
【０１９７】
なお、上記温度での保持時間は、１時間〜１０時間とすることが好ましく、３時間〜６時間とすることがより好ましい。また、仮焼工程における雰囲気は、後述する焼成工程と同様に、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が１８容量％〜１００容量％の雰囲気とすることがより好ましい。
【０１９８】
（４）焼成工程
焼成工程は、混合工程で得られたリチウム混合物を所定条件の下で焼成し、複合水酸化物または熱処理粒子中にリチウムを拡散させて、リチウム複合酸化物を得る工程である。
【０１９９】
この焼成工程において、複合水酸化物および熱処理粒子の中心部、高密度層、および高密度部を構成する板状一次粒子は、微細一次粒子を吸収しつつ、焼結収縮し、焼結後の一次粒子が、正極活物質における外殻部および凝集部を形成する。なお微細一次粒子は、板状一次粒子よりも低温域から焼結し始め、かつ、板状一次粒子よりも収縮量が大きいため、第１の低密度層および第２の低密度層は、焼結の進行が遅い中心部、高密度層、および外殻層に吸収され、適度な大きさの空間部が気孔として形成される。この際、板状一次粒子同士は隣接する板状一次粒子との連結を維持したまま、焼結収縮するため、得られる正極活物質においては、外殻部と凝集部との間で電気的に導通し、かつ、その経路の断面積を十分に確保することができる。この結果、正極活物質の内部抵抗が大幅に減少し、二次電池を構成した場合に、電池容量やサイクル特性を損ねることなく、出力特性を改善することが可能となる。
【０２００】
このような複合酸化物の粒子構造は、基本的に、前駆体である複合水酸化物の粒子構造に応じて定まるものであるが、その組成や焼成条件などの影響を受けることがあるため、予備試験を行った上で、所望の構造となるように、それぞれの条件を適宜調整することが好ましい。
【０２０１】
なお、焼成工程に用いられる炉は、特に制限されることはなく、大気ないしは酸素気流中でリチウム混合物を加熱できるものであればよい。ただし、炉内の雰囲気を均一に保つ観点から、ガス発生がない電気炉が好ましく、バッチ式あるいは連続式の電気炉のいずれも好適に用いることができる。この点については、熱処理工程および仮焼工程に用いる炉についても同様である。
【０２０２】
ａ）焼成温度
リチウム混合物の焼成温度は、６５０℃〜９２０℃とすることが必要となる。焼成温度が６５０℃未満では、複合水酸化物または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物または熱処理粒子が残存したり、得られる正極活物質の結晶性が不十分なものとなったりする。一方、焼成温度が９２０℃を超えると、正極活物質の二次粒子中の気孔が潰れてしまう可能性があり、また、正極活物質の二次流粒子間が激しく焼結し、異常粒成長が引き起こされ、不定形な粗大粒子の割合が増加することとなる。二次粒子を構成する凝集部および空間部をそれぞれ適切な大きさの範囲内に制御する観点からは、リチウム混合物の焼成温度を７００℃〜９２０℃とすることが好ましく、７５０℃〜９００℃とすることがより好ましい。
【０２０３】
また、焼成工程における昇温速度は、２℃／分〜１０℃／分とすることが好ましく、５℃／分〜１０℃／分とすることがより好ましい。さらに、焼成工程中、リチウム化合物の融点付近の温度で、好ましくは１時間〜５時間、２時間〜５時間保持することがより好ましい。これにより、複合水酸化物または熱処理粒子とリチウム化合物とを、より均一に反応させることができる。
【０２０４】
ｂ）焼成時間
焼成時間のうち、上述した焼成温度での保持時間は、少なくとも２時間とすることが好ましく、４時間〜２４時間とすることがより好ましい。焼成温度における保持時間が２時間未満では、複合水酸化物または熱処理粒子中にリチウムが十分に拡散せず、余剰のリチウムや未反応の複合水酸化物または熱処理粒子が残存したり、得られる正極活物質の結晶性が不十分なものとなったりするおそれがある。
【０２０５】
なお、保持時間終了後、焼成温度から少なくとも２００℃までの冷却速度は、２℃／分〜１０℃／分とすることが好ましく、３３℃／分〜７７℃／分とすることがより好ましい。冷却速度をこのような範囲に制御することにより、生産性を確保しつつ、匣鉢などの設備が、急冷により破損することを防止することができる。
【０２０６】
ｃ）焼成雰囲気
焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が１８容量％〜１００容量％の雰囲気とすることがより好ましく、上記酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが特に好ましい。すなわち、焼成は、大気ないしは酸素気流中で行うことが好ましい。酸素濃度が１８容量％未満では、正極活物質の結晶性が不十分なものとなるおそれがある。
【０２０７】
（５）解砕工程
焼成工程によって得られた複合酸化物を構成する二次粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合には、凝集体または焼結体を解砕することが好ましい。これによって、得られる正極活物質の平均粒径や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギーを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく分離させて、凝集体をほぐす操作を意味する。
【０２０８】
解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、たとえば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子を破壊しないように解砕力を適切な範囲に調整することが好ましい。
【０２０９】
５．リチウムイオン二次電池用正極活物質
本発明の第５の態様は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、すなわち、多孔質構造の二次粒子により構成され、タングステン酸リチウムなどのＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が二次粒子を構成する一次粒子の表面に存在する、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物に関する。
【０２１０】
より具体的には、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質では、図４に概略的に示すように、母材となる多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の二次粒子を構成する一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子９が形成されている。あるいは、図５に概略的に示すように、母材となる多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の二次粒子を構成する一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の被膜１０が形成されている。
【０２１１】
本発明の正極活物質は、少なくともニッケル、マンガン、およびコバルトを含有する三元系の組成を有し、かつ、多孔質構造およびＷおよびＬｉを含む化合物被覆を有する粒子構造を備えていても、タップ密度が、１．０ｇ／ｃｍ３以上、より具体的には、１．１ｇ／ｃｍ３〜１．８ｇ／ｃｍ３の範囲にあり、および、ＪＩＳＺ８８４４：２０１９による粒子強度が、２０ＭＰａ〜３６ＭＰａの範囲にあることを特徴とする。すなわち、本発明においては、母材にＷおよびＬｉを含む化合物被覆を形成する際に、母材の二次粒子の粒子強度が高いため、母材の二次粒子がほとんど粉砕されることがない。このため、母材の二次粒子の平均粒径ＭＶ、二次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ＭＶ〕、および、タップ密度、粒子強度、およびＢＥＴ比表面積といった特性は、母材の特性を概ね引き継ぐことになる。
【０２１２】
母材の特性については、既述であるため、重複する説明を省略し、以下、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜について説明する。
【０２１３】
［ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜］
一般的に、正極活物質の表面が異種化合物により完全に被覆されてしまうと、リチウムイオンの移動（インターカレーション）が大きく制限されるため、結果的にリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の有する高容量という長所が消されてしまう。
【０２１４】
これに対して、本発明ではリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の二次粒子を構成する一次粒子の表面にＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子を形成させる、あるいは、一次粒子の表面にＷおよびＬｉを含む化合物からなり、厚さが１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲、好ましくは１ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲、より好ましくは２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にある被膜を形成させている。
【０２１５】
ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子は、リチウムイオン伝導性が高く、リチウムイオンの移動を促す効果がある。このため、一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子を形成することにより、電解液との界面でＬｉの伝導パスが形成されるため、正極活物質の反応抵抗（「正極抵抗」ともいう）を低減して、その出力特性を向上させることが可能となる。ＷおよびＬｉを含む化合物の被膜についても、その厚さを１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲に規制することにより、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子と同様の効果を奏する。
【０２１６】
すなわち、正極抵抗が低減されることで、二次電池内で損失される電圧が減少し、実際に負荷側に印加される電圧が相対的に高くなるため、高出力が得られる。また、負荷側への印加電圧が高くなることで、正極でのリチウムの挿抜が十分に行われるため、電池容量も向上する。さらに、正極抵抗の低減により、充放電時における正極活物質の負荷も低減することから、サイクル特性も向上させることができる。
【０２１７】
ここで、正極活物質を構成する一次粒子の表面を、ＷおよびＬｉを含む化合物で過度に厚く被覆した場合には、比表面積の低下が起こるため、ＷおよびＬｉを含む化合物が高いリチウムイオン伝導性を有していたとしても、電解液との接触面積が小さくなり、これに伴って充放電容量の低下および反応抵抗の上昇を招きやすい。また、ＷおよびＬｉを含む化合物が存在することで、反応抵抗は低下するが、ＷおよびＬｉを含む化合物自体は、電子伝導性が低いため、電極の電子伝導性を低下させて、二次電池の出力特性の低下につながる。
【０２１８】
本発明では、ＷおよびＬｉを含む化合物からなり、所定の粒子径を有する微粒子、あるいは、ＷおよびＬｉを含む化合物からなり、所定範囲の膜厚を有する被膜を、新居龍子を構成する一次粒子の表面に存在させることで、電極表面を過度に小さくしたり、電極のバルク抵抗を顕著に上昇させたりすることなく、リチウムイオン伝導を効果的に向上させて、充放電容量の低下を抑制するとともに、反応抵抗を低減させることを可能としている。
【０２１９】
ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子は、その粒子径が１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあることが好ましく、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあることがより好ましい。粒子径が１ｎｍ未満では、微粒子が十分なリチウムイオン伝導性を有しない場合がある。また、粒子径が１００ｎｍを超えると、微粒子による被覆の形成が不均一になり、反応抵抗の低減効果が十分に得られない場合がある。なお、微粒子のすべてが、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にある粒子径を有する必要はなく、好ましくは一次粒子の表面に形成された微粒子の全個数の５０％以上が、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にある粒子径を有していれば、電池特性改善のより高い効果が得られる。この場合でも、微粒子の最大粒子径は２００ｎｍ程度である。
【０２２０】
ＷおよびＬｉを含む化合物の被膜は、その厚さが１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあることが好ましい。厚さが１ｎｍ未満では、被膜が十分なリチウムイオン伝導性を有しない場合がある。また、厚さが２００ｎｍを超えると、反応面積の低下や電極のバルク抵抗の上昇が起こり、反応抵抗の低減効果が十分に得られない場合がある。
【０２２１】
電解液との接触は、一次粒子の表面で起こるため、一次粒子の表面にＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が形成されていることが重要である。ここで、本発明における一次粒子の表面とは、二次粒子の外面で露出している一次粒子表面と、二次粒子外部と通じて電解液が浸透可能な二次粒子の表面近傍および内部の空隙に露出している一次粒子表面とのいずれもが、一次粒子の表面に含まれる。さらに、一次粒子間の粒界であっても、一次粒子の結合が不完全で電解液が浸透可能な状態となっていれば、そのような箇所も一次粒子の表面に含まれる。
【０２２２】
したがって、上述したような一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜を存在させることで、リチウムイオンの移動をさらに促し、正極活物質を構成する粒子の反応抵抗をより一層低減させることが可能となる。
【０２２３】
なお、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜は、電解液と接触可能な一次粒子の全表面において形成されている必要はない。ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜は、点在している状態でもよく、点在している状態においても、正極活物質を構成する一次粒子、もしくは、正極活物質を構成する二次粒子の外面および内部の空隙に露出している一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が形成されていれば、反応抵抗の低減効果が得られる。ただし、一次粒子の表面における、これらの存在割合が高いほど、より反応抵抗の低減効果が得られやすい。
【０２２４】
また、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜は、二次粒子を構成する一次粒子の全部に形成されている必要はなく、その一部において形成されていれば、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜による被覆を形成する効果は十分に得られる。
【０２２５】
リチウムニッケル含有複合酸化物を構成する粒子間で、不均一に微粒子が形成されていると、粒子間でのリチウムイオンの移動が不均一となるため、特定の粒子に負荷がかかり、サイクル特性の悪化や反応抵抗の上昇を招きやすい。したがって、リチウムニッケル含有複合酸化物を構成する粒子間においても、均一に微粒子が形成されていることが好ましい。
【０２２６】
なお、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子と被膜とが混在して、一次粒子の表面に形成されている場合にも、電池特性に対する高い効果は得られる。
【０２２７】
このような形態を採ることにより、電解液との接触面積を十分なものとして、リチウムイオン伝導を効果的に向上できるため、充放電容量を向上させるとともに、反応抵抗をより効果的に低減させることができる。
【０２２８】
このような一次粒子の表面の性状は、たとえば、電界放射型走査電子顕微鏡の断面観察、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）のＥＤＸ分析による断面元素マッピング、透過型電離顕微鏡による断面観察などで判断できる。これらの手段により、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質については、リチウムニッケル含有複合酸化物を構成する一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が形成されていることを確認することが可能である。
【０２２９】
本発明における、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜を構成するＷおよびＬｉを含む化合物は、タングステン酸リチウムであることが好ましい。タングステン酸リチウムは、Ｌｉ２ＷＯ４、Ｌｉ４ＷＯ５、Ｌｉ６ＷＯ６、Ｌｉ２Ｗ４Ｏ１３、Ｌｉ２Ｗ２Ｏ７、Ｌｉ６Ｗ２Ｏ９、Ｌｉ２Ｗ２Ｏ７、Ｌｉ２Ｗ５Ｏ１６、Ｌｉ９Ｗ１９Ｏ５５、Ｌｉ３Ｗ１０Ｏ３０、Ｌｉ１８Ｗ５Ｏ１５、および、これらの水和物から選択される少なくとも１種の形態であることが好ましい。このようなタングステン酸リチウムが形成されることで、リチウムイオン伝導性がさらに高まり、反応抵抗の低減効果がより大きなものとなる。
【０２３０】
ＷおよびＬｉを含む化合物に含まれるＷの原子数は、正極活物質を構成する粒子に含まれるＮｉ、ＣｏおよびＭの原子数の合計に対して、０．１原子％〜３．０原子％となる範囲にあることが好ましく、０．１原子％〜１．０原子％となる範囲にあることがより好ましく、０．１原子％〜０．６原子％となる範囲にあることがさらに好ましい。これにより、高い充放電容量と出力特性を両立することができる。
【０２３１】
Ｗ量が０．１原子％未満では、出力特性の改善効果が十分に得られない場合がある。Ｗ量が３．０原子％を超えると、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜による一次粒子の表面の被覆が厚くなりすぎて、比表面積が低下し、電極のバルク抵抗が上がるため、十分な反応抵抗低減効果が得られないことがある。
【０２３２】
また、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜に含まれるＬｉ量は、特に限定されることはなく、Ｌｉが含まれていればリチウムイオン伝導度の向上効果が得られる。ただし、このＬｉ量は、タングステン酸リチウムを形成させるのに十分な量であることが好ましい。
【０２３３】
Ｗ量を０．１原子％〜３．０原子％の範囲とした場合、正極活物質は、一般式（Ｃ）：Ｌｉ１＋ｕＮｉｘＭｎｙＣｏｚＷｓＭｔＯ２（−０．０５≦ｕ≦０．５０、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｓ＋ｔ＝１、０．３≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ≦０．４、０．１５≦ｚ≦０．４、０．００１≦ｓ≦０．０３、０≦ｔ≦０．１、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の添加元素）で表され、六方晶層状岩塩構造の結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物からなることが好ましい。なお、Ｗは、添加元素Ｍとしてリチウムニッケル含有複合酸化物の内部に含有されることができるが、この場合、前記Ｗ量（組成式におけるｓ）には、添加元素Ｍとして含まれるＷの量は含まれない。
【０２３４】
６．リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の第６の態様は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、すなわち、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜が一次粒子の表面に存在する、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆リチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物の製造方法に関する。
【０２３５】
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法としては、本発明の第４の態様で得られた、本発明の第３の態様の多孔質構造のリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物と、タングステン化合物とを混合して、複合酸化物とタングステン化合物の混合物を得る工程、該混合物を乾燥処理あるいは熱処理して、複合酸化物を構成する一次粒子の表面にＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜を形成する工程を備える限り、公知の方法を広く適用することができる。たとえば、母材の複合酸化物を水洗し、乾燥した、タングステン化合物と湿式（水洗時あるいは水洗後乾燥前に）または乾式（乾燥後に）で混合し、所定条件の乾燥処理あるいは熱処理を施すことにより、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆の複合酸化物からなる正極活物質を得ることができる。
【０２３６】
特に、本発明の複合酸化物を適用することにより、母材が三元系の複合酸化物である場合であっても、混合工程における攪拌混合時において、母材である複合酸化物が粉砕されることが防止され、微粉の発生を抑制することが可能となる。
【０２３７】
ただし、多孔質構造の複合酸化物の二次粒子の表面および内部に存在する一次粒子の表面に均一に、かつ、二次粒子間でも均一に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜を形成する観点から、図６に示す、複合酸化物とタングステン化合物とを乾式混合する工程（第１の混合工程）と、さらに水を噴霧して混合して、リチウム混合物を形成する工程（第２の混合工程）と、第２の混合工程で形成された前記リチウム混合物を、乾燥する乾燥工程を備える、製造方法を適用することが好ましい。なお、この製造方法を適用する場合でも、必要に応じて、第１の混合工程の前に、不純物除去のための水洗工程、および、任意的に乾燥工程を別途設けることも可能である。また、この製造方法では、混合工程後には乾燥工程を設けるだけで十分であるが、必要に応じて、得られた混合物を熱処理することも可能である。
【０２３８】
（１）第１の混合工程
第１の混合工程は、複合酸化物と、タングステン化合物とを乾式混合して、複合酸化物の一次粒子の表面にＷを分散させる工程である。水噴霧による混合前に、これらの粉末同士を乾式混合することより、複合酸化物中に、タングステン化合物をより均一に分散させることができる。
【０２３９】
焼成粉末の一次粒子の表面に分散させるＷ量は、その焼成粉末に含まれるＮｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＭの原子数の合計に対して、０．１原子％〜３．０原子％の範囲とすることが好ましく、０．１原子％〜１．０原子％の範囲とすることがより好ましく、０．１原子％〜０．６原子％の範囲とすることがさらに好ましい。この範囲でタングステン化合物を添加することにより、正極活物質の一次粒子の表面にＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜を、より均一に形成させることができ、電解液との界面でＬｉの伝導パスを形成して、正極活物質の反応抵抗をより低減することが可能となる。
【０２４０】
なお、一次粒子の表面に、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子、ＷおよびＬｉを含む化合物の被膜とのいずれが形成されるか、あるいは、その両者が形成されるかについては、水噴霧混合後乾燥前の粉末の水分率により決定される。粉末の水分率が、３．０質量％以上６．５質量％未満の場合には、ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子が、一次粒子の表面に形成される。粉末の水分率を６．５質量％以上とすることにより、一次粒子の表面にＷおよびＬＩを含む化合物の被膜が形成される傾向となり、被膜と微粒子が混在する。粉末の水分率を９．０質量％以上とすることにより、一次粒子の表面にＷおよびＬｉを含む化合物の被膜のみを形成することができる。水噴霧混合後乾燥前の粉末の水分率は、水噴霧混合後乾燥前の粉末の質量と、それを１８０℃で３時間乾燥させた後の粉末の質量から式：「水分率＝（水噴霧混合後乾燥前の粉末の質量−乾燥後の粉末の質量）／（水噴霧混合後乾燥前の粉末の質量）」により求められる。
【０２４１】
Ｗは、タングステン化合物を溶解させたアルカリ溶液（以下、「アルカリ溶液（Ｗ）」という。）の形態、あるいはタングステン化合物の形態のいずれで添加してもよい。
【０２４２】
アルカリ溶液（Ｗ）として添加する場合、タングステン化合物は、アルカリ溶液に溶解可能なものであればよく、酸化タングステン、タングステン酸リチウム、タングステン酸アンモニウムなど、アルカリに対して易溶性のタングステン化合物を用いることが好ましい。
【０２４３】
アルカリ溶液（Ｗ）に用いるアルカリとしては、高い充放電容量を得るため、正極活物質にとって有害な不純物を含まない一般的なアルカリ溶液、たとえば、アンモニア、水酸化リチウムを用いることができる。ＷおよびＬｉを含む化合物を形成させるのに十分な量のＬｉを、余剰Ｌｉとアルカリ溶液（Ｗ）から供給することを可能にさせるため、および、Ｌｉのインターカレーションを阻害しない観点から、水酸化リチウムを用いることが好ましい。
【０２４４】
一方、タングステン化合物の形態で添加する場合、タングステン化合物として、アルカリに対して可溶性のタングステン化合物を用いることが好ましく、リチウムを含むタングステン化合物を用いることがより好ましく、タングステン酸リチウムを用いることがさらに好ましい。タングステン酸リチウムとしては、Ｌｉ２ＷＯ４、Ｌｉ４ＷＯ５、Ｌｉ６Ｗ２Ｏ９から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。
【０２４５】
いずれの場合でも、Ｗの添加は、正極活物質を構成する粒子の表面上に形成された、タングステン酸リチウムなどのＷおよびＬＩを含む化合物の微粒子および／または被膜におけるＷ量が、本発明の範囲内となるように、その処理条件および添加手段を選択する必要がある。なお、これらの処理条件および添加手段については公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【０２４６】
（２）第２の混合工程
第２の混合工程は、得られた複合酸化物とタングステン化合物との混合物に、水を噴霧して混合する工程である。これにより、水の存在下、複合酸化物の一次粒子の表面に遊離した水酸化リチウムなどの余剰リチウムと酸化タングステンなどのタングステン化合物との中和反応を、より均一に進めることができる。
【０２４７】
水は、純水を用いることが好ましい。混合物中の水に、複合酸化物中に存在する、未反応のリチウム化合物や結晶中に存在する過剰リチウムなどの余剰リチウムが溶解するとともに、混合した酸化タングステンなどのタングステン化合物が溶解する。
【０２４８】
噴霧する水の量（総量）は、複合酸化物全体に対して、１質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。噴霧する水の量が１質量％未満であると、水添加による効果が十分に発揮されず、タングステン化合物が残留することがある。一方、噴霧する水の量が１０質量％を超えると、水噴霧から乾燥に至るまでに、母材である複合酸化物から水へと溶出するリチウム量（余剰リチウム量）が過多となり、得られる正極活物質中のリチウム含有量が減少し、抵抗の低減効果が十分に得られなくなる場合がある。また、噴霧する水の量が１０質量％を超えると、得られた正極活物質中の水分率を下げるために必要とされる乾燥時間が多く必要となり、生産性が低下する可能性がある。
【０２４９】
噴霧する水の状態は、平均粒径１００μｍ以下の霧状態であることが好ましい。霧状態の水を添加する場合、複合酸化物の一次粒子の表面における、余剰リチウムとタングステン化合物との中和反応をより均一に進めることができ、正極活物質を構成する一次粒子の表面に形成されるＷおよびＬｉを含む微粒子の粒径、あるいは、ＷおよびＬｉを含む被膜の膜厚を好適な範囲とすることができる。噴霧する水の平均粒径が１００μｍよりも大きくなると、噴霧により水分が直接供給された二次粒子と、噴霧後の撹拌で水分が供給された二次粒子との間でリチウム溶出量が異なって、反応に不均一性が生じることがある。
【０２５０】
（３）乾燥工程
複合酸化物と、タングステン化合物と、水とを混合して得られた混合物を乾燥して、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆複合酸化物を得る。ＷおよびＬｉを含む化合物被覆複合酸化物２０は、水の存在下、酸化タングステンなどのタングステン化合物と、母材の複合酸化物中の余剰リチウムとが反応して形成された、タングステン酸リチウムなどのＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および／または被膜を含む。
【０２５１】
乾燥温度は、特に限定されず、水分率が十分に低減されればよいが、５００℃以下の温度で乾燥させることが好ましい。乾燥温度が５００℃を超えると、一次粒子の内部からさらにリチウムが遊離するため、十分なスラリー安定性が得られない。なお、乾燥温度の下限は、特に限定されないが、１００℃以上であることが好ましい。また、乾燥時の圧力は１気圧以下が望ましい。１気圧よりも高いと水分率が十分に下がらないおそれがある。乾燥時間は、特に限定されず、水分率が十分に低減されればよいが、たとえば、５時間以上２４時間以下程度とすることができる。
【０２５２】
（４）ＷおよびＬｉを含む化合物被覆の前後による二次粒子の平均粒径ＭＶの差
本発明の製造方法を適用することにより、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆前の複合酸化物を構成する二次粒子の平均粒径ＭＶに対する、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆後の正極活物質を構成する二次粒子の平均粒径ＭＶの比率は、９０％以上となる。この比率は、９５％以上であることが好ましい。
【０２５３】
本発明においては、母材にＷおよびＬｉを含む化合物被覆を形成する際に、母材の二次粒子の強度が高いため、母材の二次粒子がほとんど粉砕されることがない。このため、母材の二次粒子の平均粒径ＭＶ、二次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ＭＶ〕、および、タップ密度は、母材の特性を概ね引き継ぎ、特に、平均粒径ＭＶが低下することが抑制される。
【０２５４】
７．リチウムイオン二次電池
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータ、および非水電解質などの構成部材を備える、一般的な非水電解質二次電池と同様の構成を採ることができる。あるいは、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、および固体電解質などの構成部材を備える、一般的な固体電解質二次電池と同様の構成を採ることができる。すなわち、本発明は、リチウムイオンの脱離および挿入により、充放電を行う二次電池であれば、非水系電解液二次電池から全固体リチウム二次電池まで広く適用可能である。なお、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、本明細書に記載されている実施形態に基づいて、種々の変更、改良を施した形態のリチウムイオン二次電池に適用することが可能である。
【０２５５】
（１）構成部材
ａ）正極
上述した正極活物質を用いて、たとえば、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。
【０２５６】
まず、本発明の正極活物質に、導電材および結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの溶剤を添加し、これらを混練して正極合材ペーストを作製する。その際、正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、リチウムイオン二次電池の性能を決定する重要な要素となる。たとえば、溶剤を除いた正極合材の固形分を１００質量部とした場合には、一般のリチウムイオン二次電池の正極と同様に、正極活物質の含有量を６０質量部〜９５質量部、導電材の含有量を１質量部〜２０質量部および結着剤の含有量を１質量部〜２０質量部とすることができる。
【０２５７】
得られた正極合材ペーストを、たとえば、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。必要に応じて、電極密度を高めるべく、ロールプレスなど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などをして、電池の作製に供することができる。なお、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることはなく、他の方法によってもよい。
【０２５８】
導電材としては、たとえば、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やケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料を用いることができる。
【０２５９】
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、たとえば、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、セルロース系樹脂またはポリアクリル酸を用いることができる。
【０２６０】
このほか、必要に応じて、正極活物質、導電材および活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加することができる。溶剤としては、具体的に、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もできる。
【０２６１】
ｂ）負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金などを使用することができる。また、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅など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ことができる。
【０２６２】
負極活物質としては、たとえば、金属リチウムやリチウム合金などのリチウムを含有する物質、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる天然黒鉛、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ならびに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。
【０２６３】
ｃ）セパレータ
セパレータは、非水電解質二次電池において、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、非水電解質を保持する機能を有する。このようなセパレータとしては、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、特に限定されることはない。
【０２６４】
ｄ）電解質
非水電解質二次電池に用いられる非水電解質には、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液などが用いられる。
【０２６５】
非水電解液に用いられ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、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、あるいは２種以上を混合して用いることができる。
【０２６６】
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。
【０２６７】
なお、非水電解液は、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。
【０２６８】
一方、全固体リチウム二次電池などの固体電解質二次電池に用いられる固体電解質としては、Ｌｉ１．３Ａｌ０．３Ｔｉ１．７（ＰＯ４）３やＬｉ２Ｓ−ＳｉＳ２などを用いることができる。固体電解質は、高電圧に耐えうる性質を有する。固体電解質には、無機固体電解質および有機固体電解質がある。
【０２６９】
無機固体電解質には、酸化物固体電解質、硫化物固体電解質などがある。
【０２７０】
酸化物固体電解質としては、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酸化物を用いることができる。たとえば、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などを用いることができる。
【０２７１】
硫化物固体電解質としては、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硫化物を用いることができる。たとえば、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などを用いることができる。
【０２７２】
酸化物固体電解質および硫化物固体電解質以外の無機固体電解質としては、たとえば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨなどを用いることができる。
【０２７３】
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を用いることができる。たとえば、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）を含むことができる。
【０２７４】
なお、固体電解質を用いる場合には、電解質と正極活物質の接触を確保するため、正極材中にも固体電解質を混合させることができる。
【０２７５】
（２）リチウムイオン二次電池の構成
リチウムイオン二次電池の構成は、特に限定されず、非水電解質二次電池における、正極、負極、セパレータ、非水系電解質などからなる構成や、固体電解質二次電池における、正極、負極、固体電解質などからなる構成を採りうる。また、二次電池の形状は、特に限定されず、円筒形や積層形など、種々の形状に採ることができる。
【０２７６】
非水電解質二次電池の場合、たとえば、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、非水電解質を含浸させ、正極集電体と外部に通じる正極端子との間、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、リチウムイオン二次電池を完成させる。
【０２７７】
（３）リチウムイオン二次電池の特性
本発明のリチウムイオン二次電池は、上述したように、本発明のＷおよびＬｉを含む化合物被覆を有する、多孔質構造で三元系の正極活物質を正極材料として用いているため、容量特性、出力特性、およびサイクル特性に優れる。しかも、本発明の正極活物質は、母材の強度が高いため、微粉の発生なども抑制されているため、微粉の選択劣化による、電池特性の低下も効果的に防止される。したがって、従来のＷおよびＬｉを含む化合物被覆を備えない多孔質構造で三元系の正極活物質、あるいは、ＷおよびＬｉを含む化合物被覆を備えながら、多孔質構造を有しない三元系の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池との比較において、より低抵抗で高出力という電池特性を発揮することが可能である。
【０２７８】
（４）リチウムイオン二次電池の用途
本発明のリチウムイオン二次電池は、上述のように、容量特性、出力特性、およびサイクル特性に優れており、これらの特性が高いレベルで要求される小型携帯電子機器（ノート型パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末、デジタルカメラなど）の電源に好適に利用することができる。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、小型化および高出力化が可能であるばかりでなく、安全性および耐久性にも優れており、高価な保護回路を簡略することができるため、搭載スペースに制約を受ける電気自動車などの輸送用機器の電源としても好適に利用することができる。
【実施例】
【０２７９】
以下、実施例および比較例を用いて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例および比較例では、特に断りがない限り、複合水酸化物および正極活物質の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の試料を使用した。また、核生成工程および粒子成長工程を通じて、反応水溶液のｐＨ値は、ｐＨコントローラ（株式会社日伸理化製、ＮＰＨ−６９０Ｄ）により測定し、この測定値に基づき、水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調整することで、それぞれの工程における反応水溶液のｐＨ値の変動幅を±０．２の範囲に制御した。
【０２８０】
（実施例１）
ａ）複合水酸化物の製造
［核生成工程］
はじめに、反応槽内に、水を１４Ｌ入れて撹拌しながら、槽内温度を４０℃に設定した。この際、反応槽内に窒素ガスを３０分間流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気とした。続いて、反応槽内に、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液と２５質量％アンモニア水を適量供給し、ｐＨ値が、液温２５℃基準で１２．６、アンモニウムイオン濃度が１０ｇ／Ｌとなるように調整することで反応前水溶液を形成した。
【０２８１】
同時に、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、および硫酸コバルトを、それぞれの金属元素のモル比がＮｉ：Ｍｎ：Ｃｏ＝１：１：１となるように水に溶解し、２ｍｏｌ／Ｌの原料水溶液を調製した。
【０２８２】
次に、原料水応液を、反応前水溶液に１１５ｍｌ／分で供給することで、核生成工程用水溶液を形成し、１分間の核生成を行った。この際、２５質量％の水酸化ナトリウム水溶液と２５質量％のアンモニア水を適時供給し、核生成用水溶液のｐＨ値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持した。
【０２８３】
［粒子成長工程］
核生成終了後、すべての水溶液の供給を一旦停止するとともに、硫酸を加えて、ｐＨ値が、液温２５℃基準で１１．２となるように調整することで、粒子成長用水溶液を形成した。ｐＨ値が所定の値になったことを確認した後、核生成工程と同様の１１５ｍｌ／分と一定の割合で、原料水溶液を供給し、核生成工程で生成した核（粒子）を成長させた。
【０２８４】
第１段階として、粒子成長工程の開始時から非酸化性雰囲気での晶析を３５分（粒子成長工程全体に対して１４．６％）継続させた後、原料水溶液の供給を継続したまま、孔径が２０μｍ〜３０μｍであるセラミック製の散気管（木下理化工業株式会社製）を用いて反応槽内に空気を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が５容量％の酸化性雰囲気に調整した（切替操作１）。
【０２８５】
第２段階として、切替操作１から酸化性雰囲気での晶析を２０分（粒子成長工程全体に対して８．３％）継続させた後、原料水溶液の供給を継続したまま、散気管を用いて反応槽内に窒素を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整した（切替操作２）。
【０２８６】
第３段階として、切替操作２から非酸化性雰囲気での晶析を６５分（粒子成長工程全体に対して２７．１％）継続させた後、原料水溶液の供給を継続したまま、散気管を用いて反応槽内に空気を流通させ、酸素濃度が５容量％の酸化性雰囲気に調整した（切替操作３）。
【０２８７】
第４段階として、切替操作３から酸化性雰囲気での晶析反応を４０分（粒子成長工程全体に対して１６．７％）継続させた後、原料水溶液の供給を継続したまま、散気管を用いて反応槽内に窒素を流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が２容量％以下の非酸化性雰囲気に調整した（切替操作４）。
【０２８８】
第５段階として、切替操作４から非酸化性雰囲気での晶析反応を８０分（粒子成長工程全体に対して３３．３％）継続させた後、原料水溶液を含むすべての水溶液の供給を停止することで、粒子成長工程を終了した。その後、得られた生成物を、水洗、ろ過および乾燥させることにより、粉末状の複合水酸化物を得た。酸化性雰囲気全体の晶析反応の割合は、２５．０％であった。
【０２８９】
なお、粒子成長工程においては、この工程を通じて、２５質量％の水酸化ナトリウム水溶液と２５質量％のアンモニア水を適時供給し、粒子成長用水溶液のｐＨ値およびアンモニウムイオン濃度を上述した範囲に維持した。
【０２９０】
ｂ）複合水酸化物の評価
［組成］
ＩＣＰ発光分光分析装置（株式会社島津製作所製、ＩＣＰＥ−９０００）を用いた分析により、この複合水酸化物の組成は、一般式：Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．３３Ｃｏ０．３３（ＯＨ）２で表されるものであることが確認された。
【０２９１】
［粒子構造］
複合水酸化物の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ（日本電子株式会社製、ＩＢ−１９５３０ＣＰ）加工によって断面観察可能な状態とした上で、１０個以上の複合水酸化物の二次粒子を電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ：日本電子株式会社製、ＪＳＭ−６３６０ＬＡ）により観察した。この結果、この複合水酸化物は、板状一次粒子が凝集して形成された中心部を有し、中心部の外側に、微細一次粒子が凝集して形成された第１の低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された高密度層と、微細一次粒子が凝集して形成された第２の低密度層と、板状一次粒子が凝集して形成された外殻層からなり、また、中心部、高密度層、および外殻層を構成する板状一次粒子の一部は、相互に連結していることが確認された。二次粒子の断面に存在する１０個以上の微細一次粒子および板状一次粒子の最大外径（長軸径）を測定し、その平均値を求め、この値を、この二次粒子における微細一次粒子または板状一次粒子の粒径とし、次に、１０個以上の二次粒子について、同様に微細一次粒子および板状一次粒子の粒径を求め、これらの二次粒子について得られた粒径の平均を求めた。板状一次粒子の平均粒径は、０．５３μｍであり、微細一次粒子の平均粒径は、０．０９μｍであった。
【０２９２】
二次粒子の粒径に対する、中心部の半径、並びに、第１の低密度層、高密度層、第２の低密度層、および外殻層の厚さの比率についても計測および算出を行ったところ、それぞれ、２５％、１０％、５％、５％、および５％であった。
【０２９３】
［平均粒径ＭＶおよび粒度分布］
レーザ光回折散乱式粒度分析計（マイクロトラック・ベル株式会社製、マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸＩＩ）を用いて、複合水酸化物の二次粒子の平均粒径ＭＶを測定するとともに、ｄ１０およびｄ９０を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕を算出した。この結果、平均粒径ＭＶは、５．５μｍであり、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．５０であることが確認された。
【０２９４】
［タップ密度］
タッピングマシン（株式会社蔵持科学器械製作所製、ＫＲＳ−４０６）によりタップ密度を測定した。この結果、タップ密度は１．０５ｇ／ｃｍ３であることが確認された。
【０２９５】
ｃ）複合酸化物の作製
上述のようにして得られた複合水酸化物を、空気（酸素濃度：２１容量％）気流中、１２０℃で１２時間熱処理した後（熱処理工程）、Ｌｉ／Ｍｅが１．１０となるように、シェーカーミキサ装置（ウィリー・エ・バッコーフェン（ＷＡＢ）社製ＴＵＲＢＵＬＡ  ＴｙｐｅＴ２Ｃ）を用いて水酸化リチウムと十分に混合し、リチウム混合物を得た（混合工程）。
【０２９６】
このリチウム混合物を、酸素（酸素濃度：１００容量％）気流中、昇温速度を１．５℃／分として８００℃まで昇温し、この温度で３時間保持することにより焼成し、冷却速度を約４℃／分として室温まで冷却した（焼成工程）。このようにして得られたリチウムニッケルマンガンコバルト含有複合酸化物は、凝集または軽度の焼結が生じていた。このため、この複合酸化物を解砕し、平均粒径および粒度分布を調整した（解砕工程）。
【０２９７】
ｄ）複合酸化物の評価
［組成］
ＩＣＰ発光分光分析装置（株式会社島津製作所製、ＩＣＰＥ−９０００）を用いた分析により、この複合酸化物の組成は、一般式：Ｌｉ１．１０Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏ２で表されるものであることが確認された。
【０２９８】
［粒子構造］
複合酸化物の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ（日本電子株式会社製、ＩＢ−１９５３０ＣＰ）加工によって断面観察可能な状態とした上で、ＳＥＭ（ＦＥ−ＳＥＭ：日本電子株式会社製、ＪＳＭ−６３６０ＬＡ）により観察した。この結果、この複合酸化物は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成され、この二次粒子は、外殻部と、外殻部の内側に分散して存在し、外殻部と電気的に導通する凝集部と、および、外殻部の内側で凝集部の間に存在する、一次粒子の存在しない気孔構造からなる空間部とを備えていることが確認された。また、上記ＳＥＭ観察から得た、任意の１０個以上の二次粒子を含む断面画像の観察から、二次粒子の外殻部の平均厚さは、０．３μｍであった。
【０２９９】
［平均粒径ＭＶおよび粒度分布］
レーザ光回折散乱式粒度分析計（マイクロトラック・ベル株式会社製、マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸＩＩ）を用いて、複合酸化物の二次粒子の平均粒径ＭＶを測定するとともに、ｄ１０およびｄ９０を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕を算出した。この結果、平均粒径ＭＶは、５．０μｍであり、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．４２であることが確認された。
【０３００】
［ＢＥＴ比表面積、タップ密度、および粒子強度］
流動方式ガス吸着法比表面積測定装置（株式会社マウンテック製、マックソーブ１２００シリーズ）によりＢＥＴ比表面積を、タッピングマシン（株式会社蔵持科学器械製作所製、ＫＲＳ−４０６）によりタップ密度を、微小粒子圧縮試験機（株式会社島津製作所製、ＭＣＴＭ−５００）により粒子強度を、それぞれ測定した。この結果、ＢＥＴ比表面積は３．０ｍ２／ｇであり、タップ密度は１．４ｇ／ｃｍ３であり、粒子強度は２７ＭＰａであることが確認された。
【０３０１】
ｅ）正極活物質の作製
複合酸化物を母材とし、該複合酸化物含まれるＮｉ、Ｍｎ、およびＣｏの原子数の合計に対して、０．３５原子％となるＷ量の酸化タングステンを添加し、シェーカーミキサ装置（ウィリー・エ・バッコーフェン（ＷＡＢ）社製ＴＵＲＢＵＬＡ  ＴｙｐｅＴ２Ｃ）を用いて複合酸化物と酸化タングステンとを十分に混合し、混合物を得た（第１の混合工程）。
【０３０２】
水噴霧装置（ヤマト科学株式会社製、スプレードライヤーＤＬ４１０）およびシェーカーミキサ装置（ウィリー・エ・バッコーフェン（ＷＡＢ）社製ＴＵＲＢＵＬＡ  ＴｙｐｅＴ２Ｃ）を用いて、水を、平均粒径１００μｍ以下の霧状態で、複合酸化物全体の質量に対して２質量％となる量だけ噴霧して、さらに混合した（第２の混合工程）。
【０３０３】
その後、上記混合物を１５０℃で１２時間乾燥することによって、正極活物質を得た。正極活物質中に微粉の発生は見られなかった。
【０３０４】
ｆ）正極活物質の評価
［平均粒径ＭＶおよび粒度分布］
レーザ光回折散乱式粒度分析計（マイクロトラック・ベル株式会社製、マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸＩＩ）を用いて、正極活物質の平均粒径ＭＶを測定するとともに、ｄ１０およびｄ９０を測定し、粒度分布の広がりを示す指標である〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕を算出した。この結果、平均粒径ＭＶは、４．８μｍ（ＷおよびＬｉを含む化合物被覆前の複合酸化物の平均粒径ＭＶに対する比率：９６％）であり、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．４２であることが確認された。
【０３０５】
［ＢＥＴ比表面積およびタップ密度］
流動方式ガス吸着法比表面積測定装置（株式会社マウンテック製、マックソーブ１２００シリーズ）によりＢＥＴ比表面積を、タッピングマシン（株式会社蔵持科学器械製作所製、ＫＲＳ−４０６）によりタップ密度を、それぞれ測定した。この結果、ＢＥＴ比表面積は３．２ｍ２／ｇであり、タップ密度は１．４ｇ／ｃｍ３であることが確認された。
【０３０６】
［組成］
得られた正極活物質の組成をＩＣＰ発光分析法により分析したところ、Ｗ含有量はＮｉ、Ｍｎ、およびＣｏの原子数の合計に対して０．３５原子％の組成であることを確認した。
【０３０７】
［微粒子および被膜］
Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置（スペクトリス株式会社製、Ｘ‘Ｐｅｒｔ  ＰＲＯ）を用いた粉末ＸＲＤ分析の結果から、一次粒子の表面にあるＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子および被膜は、タングステン酸リチウム（Ｌｉ２ＷＯ４）からなることを確認した。
【０３０８】
この正極活物質を、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：株式会社日立ハイテクノロジース製、走査電子顕微鏡Ｓ−４７００）による断面観察が可能な状態とした後、一次粒子の表面付近をＳＴＥＭにより観察したところ、一次粒子表面に粒子径が１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にある微粒子、および厚さが２ｎｍ〜１１５ｎｍの範囲にある被膜が形成されていることが確認された。
【０３０９】
ｇ）二次電池の作製
図７に示すような２０３２型コイン電池を作成した。具体的には、上述のようにして得られた正極活物質：５２．５ｍｇと、アセチレンブラック：１５ｍｇと、ＰＴＥＥ：７．５ｍｇを混合し、１００ＭＰａの圧力で、直径１１ｍｍ、厚さ１００μｍにプレス成形した後、真空乾燥機中、１２０℃で１２時間乾燥することにより、正極１１を作製した。
【０３１０】
次に、この正極１１を用いて２０３２型コイン電池を、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。この２０３２型コイン電池の負極１２には、直径１７ｍｍ、厚さ１ｍｍのリチウム金属を用い、非水電解液には、１ＭのＬｉＣｌＯ４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。また、セパレータ１３には、膜厚２５μｍのポリエチレン多孔膜を用いた。このようにして、ガスケット１４を有し、正極缶１５と負極缶１６とを備える、２０３２型コイン電池を組み立てた。
【０３１１】
ｈ）電池評価
［正極界面抵抗］
正極界面抵抗の測定は、インピーダンス測定法を用い、２０３２型コイン電池を充電電位４．４Ｖで充電し、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット（ソーラトロン製、１２５５Ｂ）を使用することで、図８に示すナイキストプロットを得た。図８に示すナイキストプロットは、溶液抵抗、負極抵抗とその容量、および、正極抵抗（界面抵抗）とその容量を示す特性曲線の和として表されているため、このナイキストプロットに基づき、図８に示す等価回路を用いてフィッティング計算して、正極界面抵抗の値を算出した。なお、正極界面抵抗については、後述する比較例２の正極活物質を基準とし、これに対する抵抗減少率を示す。その結果、正極界面抵抗は、比較例２に対して０．７２倍まで減少していた。
【０３１２】
［放電容量維持率］
２０３２型コイン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／ｃｍ２として、カットオフ電圧が４．３Ｖとなるまで充電し、１時間の休止後、カットオフ電圧が３．０Ｖになるまで放電したときの放電容量を測定する充放電試験を行なって、初期放電容量を求めた。さらに、充電と放電を繰り返し１００回行い、初期放電容量に対する２回目の放電容量の比率を放電容量維持率とした。その結果、放電容量維持率は、８９％であった。
【０３１３】
得られた水酸化物についての二次粒子の平均粒径ＭＶ、タップ密度、板状一次粒子の平均粒径、および微細一次粒子の平均粒径、母材である複合酸化物についての二次粒子の平均粒径ＭＶ、ＢＥＴ比表面積、タップ密度、および粒子強度、正極活物質の二次粒子の平均粒径ＭＶ、ＢＥＴ比表面積、およびタップ密度、並びに、得られたリチウムイオン二次電池の正極界面抵抗および放電容量維持率について、表１および表２に示す。なお、これらについて、実施例２および３、並びに、比較例１および２についても、同様に表１および表２に示す。
【０３１４】
（実施例２）
粒子成長工程の第２段階および第４段階における酸化性雰囲気の酸素濃度を３容量％としたこと以外は、実施例１と同様にして、複合水酸化物、正極活物質、および、リチウムイオン二次電池を得た。
【０３１５】
複合水酸化物の二次粒子の平均粒径ＭＶは、５．５μｍであり、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．５０であった。板状一次粒子の平均粒径は、０．４５μｍであり、微細一次粒子の平均粒径は、０．１１μｍであった。また、タップ密度は、１．０５ｇ／ｃｍ３であった。
【０３１６】
複合酸化物の二次粒子の平均粒径ＭＶは、５．０μｍ、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．４２であった。さらに、ＢＥＴ比表面積は３．１ｍ２／ｇ、タップ密度は１．５ｇ／ｃｍ３、粒子強度は２９ＭＰａであった。
【０３１７】
正極活物質の二次粒子の平均粒径ＭＶは、４．９μｍであり、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．４２であった。また、ＢＥＴ比表面積は３．４ｍ２／ｇであり、タップ密度は１．５ｇ／ｃｍ３であった。
【０３１８】
その他については、複合水酸化物、複合酸化物、正極活物質のいずれも実施例１と同様であった。
【０３１９】
この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における、正極界面抵抗は、比較例２に対して０．７０倍であり、その放電容量維持率は、９２％であった。
【０３２０】
（実施例３）
硫酸ニッケル、硫酸マンガン、および硫酸コバルトを、それぞれの金属元素のモル比がＮｉ：Ｍｎ：Ｃｏ＝５：３：２となるように水に溶解し、２ｍｏｌ／Ｌの原料水溶液を調製したこと以外は、実施例１と同様にして、複合水酸化物、正極活物質、および、リチウムイオン二次電池を得た。
【０３２１】
複合水酸化物の組成は、一般式：Ｎｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２（ＯＨ）２であった。複合水酸化物の二次粒子の平均粒径ＭＶは、５．６μｍであり、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．５０であった。板状一次粒子の平均粒径は、０．６９μｍであり、微細一次粒子の平均粒径は、０．０５μｍであった。また、タップ密度は、１．０５ｇ／ｃｍ３であった。
【０３２２】
複合酸化物の組成は、一般式：Ｌｉ１．１０Ｎｉ０．５Ｍｎ０．３Ｃｏ０．２Ｏ２であった。二次粒子の平均粒径ＭＶは、５．０μｍ、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．４３であった。さらに、ＢＥＴ比表面積は３．０ｍ２／ｇ、タップ密度は１．４ｇ／ｃｍ３、粒子強度は２６ＭＰａであった。
【０３２３】
正極活物質の二次粒子の平均粒径ＭＶは、４．８μｍであり、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．４３であった。また、ＢＥＴ比表面積は３．２ｍ２／ｇであり、タップ密度は１．４ｇ／ｃｍ３であった。さらに、Ｗ含有量はＮｉ、Ｍｎ、およびＣｏの原子数の合計に対して０．３５原子％であった。
【０３２４】
その他については、複合水酸化物、複合酸化物、正極活物質のいずれも実施例１と同様であった。
【０３２５】
この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における、正極界面抵抗は、比較例２に対して０．７５倍であり、その放電容量維持率は、８７％であった。
【０３２６】
（比較例１）
粒子成長工程の第２段階および第４段階における酸化性雰囲気の酸素濃度を１０容量％としたこと以外は、実施例１と同様にして、複合水酸化物、正極活物質、および、リチウムイオン二次電池を得た。
【０３２７】
複合水酸化物の二次粒子の平均粒径ＭＶは、５．５μｍであり、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．５０であった。板状一次粒子の平均粒径は、０．２８μｍであり、微細一次粒子の平均粒径は、０．００９μｍであった。また、タップ密度は、０．９３ｇ／ｃｍ３であった。
【０３２８】
複合酸化物の二次粒子の平均粒径ＭＶは、５．０μｍ、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は０．４２であった。さらに、ＢＥＴ比表面積は３．５ｍ２／ｇ、タップ密度は１．０ｇ／ｃｍ３、粒子強度は１８ＭＰａであった。
【０３２９】
正極活物質の二次粒子の平均粒径ＭＶは、４．３μｍであり、〔（ｄ９０−ｄ１０）／平均粒径ＭＶ〕は３．８であった。また、ＢＥＴ比表面積は３．７ｍ２／ｇであり、タップ密度は０．９６ｇ／ｃｍ３であった。なお、正極活物質には微粉が含まれていることが確認された。
【０３３０】
その他については、複合水酸化物、複合酸化物、正極活物質のいずれも実施例１と同様であった。
【０３３１】
この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における、正極界面抵抗は、比較例２に対して０．８５倍であり、その放電容量維持率は、８１％であった。
【０３３２】
（比較例２）
実施例１における母材にＷおよびＬｉを含む化合物被覆を施す工程を省略し、母材の複合酸化物を正極活物質として用いたこと以外は、実施例１と同様にして、複合水酸化物、正極活物質、および、リチウムイオン二次電池を得て、それぞれの評価を行った。
【０３３３】
この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における、その放電容量維持は、７８％であった。
【０３３４】
【表１】
2020177860.tif 000003
【０３３５】
【表２】
2020177860.tif 000004
【０３３６】
本発明の範囲内にある、実施例１〜実施例３の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池では、比較例１および比較例２との比較において、いずれも正極界面抵抗が減少し、放電容量維持率が向上していることが確認された。
【符号の説明】
【０３３７】
１  中心部
２  第１の低密度層
３  高密度層
４  第２の低密度層
５  外殻層
６  外殻部
７  凝集部
８  空間部
９  ＷおよびＬｉを含む化合物の微粒子
１０  ＷおよびＬｉを含む化合物の被膜
１１  正極（評価用電極）
１２  負極
１３  セパレータ
１４  ガスケット
１５  正極缶
１６  負極缶
【図１】
2020177860.tif 000005
【図２】
2020177860.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020177860.tif 000009
【図６】
2020177860.tif 000010
【図７】
2020177860.tif 000011
【図８】
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