(57)【要約】【課題】リチウム二次電池用ニッケル系活物質、その製造方法、及びそれを含む正極を含んだリチウム二次電池を提供する。【解決手段】２以上の一次粒子の凝集体を含む少なくとも１つの二次粒子を含み、該二次粒子の少なくとも一部分が放射状配列構造を含み、該一次粒子間に異種元素化合物が配置されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質、その製造方法、及びそれを含んだ正極を含んだリチウム二次電池である。【選択図】図１Ｂ
2020074264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の一次粒子の凝集体を含む少なくとも１つの二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも一部分が放射状配列構造を含み、
前記一次粒子間に異種元素化合物が配置されており、
前記異種元素化合物は、隣接する一次粒子の界面、及び一次粒子の表面上のうちから選択された１以上に存在し、
前記異種元素化合物は、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上の元素を含む化合物、またはジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上の元素を含む化合物とリチウムとを含む化合物であり、前記二次粒子は、1次粒子が放射状配列構造を有する外部と、前記外部に囲まれ、1次粒子が不規則多孔性構造を含む内部と、を含み、
前記二次粒子の内部は、外部対比で大きい気孔サイズを有するニッケル系活物質であり、
前記ニッケル系活物質でニッケルの含量は、０．３３〜０．９５モル％であるリチウム二次電池用ニッケル系活物質。
【請求項２】
前記異種元素の含量は、ニッケル系活物質の遷移金属総１モルを基準として、０．０００５ないし０．０３モルであることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質。
【請求項３】
前記内部の気孔サイズは、１５０ｎｍないし１μｍであり、
前記外部の気孔サイズは、１５０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質。
【請求項４】
前記二次粒子は、内部中心方向に向かう１５０ｎｍ未満サイズの開気孔をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質。
【請求項５】
前記ニッケル系活物質は、プレート型粒子を含み、
前記プレート型粒子の長軸が放射状方向に配列されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質。
【請求項６】
前記プレート型粒子の平均長は、１５０ないし５００ｎｍであり、
平均厚は、１００ないし２００ｎｍであり、
平均厚と平均長との比は、１：２ないし１：１０であることを特徴とする請求項５に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質。
【請求項７】
前記ニッケル系活物質は、下記化学式１で表示される活物質であることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質：
［化学式１］
Ｌｉａ（Ｎｉ１−ｘ−ｙ−ｚＣｏｘＭｎｙＭｚ）Ｏ２
前記化学式１で、Ｍは、ボロン（Ｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなるグループのうちから選択される元素であり、
０．９５≦ａ≦１．３であり、ｘ≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）、ｙ≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）、ｚ≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１である。
【請求項８】
前記ニッケル系活物質は、ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２またはＬｉＮｉ０．８５Ｃｏ０．１Ａｌ０．０５Ｏ２であることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質。
【請求項９】
リチウム前駆体と金属ヒドロキシドとの混合物を酸化性ガス雰囲気下で一次熱処理し、ニッケル系活物質Ａを得る段階と、
前記ニッケル系活物質Ａ及び異種元素が含まれた原料を混合し、それを二次熱処理する段階と、を含み、
前記二次熱処理する段階が、前記一次熱処理する段階に比べ、さらに高い温度で実施され、
２以上の一次粒子の凝集体を含む少なくとも１つの二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも一部分が放射状配列構造を含む請求項１から８の何れか一項に記載のニッケル系活物質を製造するリチウム二次電池用ニッケル系活物質の製造方法。
【請求項１０】
前記一次熱処理する段階が６００ないし８００℃で実施され、
前記二次熱処理する段階が７００ないし９００℃で実施されることを特徴とする請求項９に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載のニッケル系活物質を含む正極、負極、及びそれら間に介在された電解質を含むリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池用ニッケル系活物質、その製造方法、及びそれを含む正極を含んだリチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯用電子機器、通信機器などの発展により、高エネルギー密度のリチウム二次電池に対する開発の必要性が高まっている。
【０００３】
リチウム二次電池の正極活物質としては、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物、リチウムコバルト酸化物などが使用される。このような正極活物質を利用する場合、充放電が反復されるにつれ、正極活物質に生じるクラックにより、リチウム二次電池の長期寿命が低下して抵抗が増大し、容量特性が満足すべきレベルに達することができず、それに対する改善が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一側面は、充放電時、クラック発生が抑制され、抵抗増大を抑制することにより、寿命特性が改善されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質、及びその製造方法を提供することである。
【０００５】
本発明の他の側面は、前述のニッケル系活物質を含んだ正極を具備し、セル性能が改善されたリチウム二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一側面により、２以上の一次粒子の凝集体を含む少なくとも１つの二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも一部分が放射形配列構造を含み、前記一次粒子間に異種元素化合物が配置されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質が提供される。
【０００７】
前記異種元素化合物は、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上の元素を含む化合物をいう。該異種元素化合物は、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上の元素を含む酸化物でもある。
【０００８】
前記二次粒子の内部は、外部対比で大きい気孔サイズ（pore size）を有するニッケル系活物質である。
【０００９】
他の側面により、リチウム前駆体と金属ヒドロキシドとの混合物を酸化性ガス雰囲気下で一次熱処理し、ニッケル系活物質中間体（ニッケル系活物質Ａ）を得る段階と、前記ニッケル系活物質中間体（Ａ）及び異種元素が含まれた原料を混合し、二次熱処理する段階と、を含み、二次熱処理する段階が、一次熱処理する段階に比べ、さらに高い温度で実施され、２以上の一次粒子の凝集体を含む少なくとも１つの二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも一部分が放射形配列構造を含むニッケル系活物質を製造するリチウム二次電池用ニッケル系活物質の製造方法が提供される。
【００１０】
さらに他の側面により、前述のニッケル系活物質を含む正極、負極、及びそれら間に介在された電解質を含むリチウム二次電池が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一具現例によるリチウム二次電池用ニッケル系活物質を利用すれば、クラック発生時、界面露出による影響を最小化し、粒子間接触効果を付与することにより、容量、効率及び寿命の特性が改善されたリチウム二次電池を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】プレート粒子の形状を示した模式図である。
【図１Ｂ】一具現例によるニッケル系活物質二次粒子において、放射形の定義について説明するための図面である。
【図１Ｃ】一具現例によるリチウム二次電池用ニッケル系活物質の断面構造を示した図面である。
【図１Ｄ】一具現例によるニッケル系活物質の製造過程を示した図面である。
【図２】一具現例によるニッケル系活物質を含んだ正極を具備したリチウム二次電池の構造を概略的に示した図面である。
【図３Ａ】実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子中間体（ニッケル系活物質Ａ）に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子中間体（ニッケル系活物質Ａ）に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｃ】実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子中間体（ニッケル系活物質Ａ）に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｄ】実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子完成品Ｂに対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｅ】実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子完成品Ｂに対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｆ】比較例１のニッケル系活物質に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｇ】比較例１のニッケル系活物質に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｈ】比較例１のニッケル系活物質に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｉ】比較例２のニッケル系活物質に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｊ】比較例２のニッケル系活物質に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図３Ｋ】比較例５によって製造されたニッケル系活物質に対する電子走査顕微鏡分析結果を示したイメージである。
【図３Ｌ】比較例６によって製造されたニッケル系活物質に対する電子走査顕微鏡分析結果を示したイメージである。
【図４Ａ】実施例１、参照例１、比較例１によって製造されたニッケル系活物質のＸ線回折分析を介して得た（１０４）面に係わるピークの半値全幅を示した図面である。
【図４Ｂ】実施例１、参照例１、比較例１によって製造されたニッケル系活物質のＸ線回折分析を介して得た（００３）面に係わるピークの半値全幅を示した図面である。
【図４Ｃ】実施例１、参照例１、比較例１によって製造されたニッケル系活物質のＸ線回折分析を介して得た（０１８）面に係わるピークの半値全幅を示した図面である。
【図４Ｄ】実施例１、参照例１、比較例１によって製造されたニッケル系活物質のＸ線回折分析を介して得た（１１０）面に係わるピークの半値全幅を示した図面である。
【図５】実施例５及び比較例３によって製造されたコインセルの充放電グラフを示したのである。
【図６】実施例５、参照例２、比較例３及び比較例４によって製造されたコインセルにおいて、サイクル数による放電容量変化を示したグラフである。
【図７】実施例１及び比較例１によって製造されたニッケル系正極活物質一次粒子の粉体伝導度を示したグラフである。
【図８】実施例５及び６によって製造されたニッケル系活物質、及び比較例３及び４によって製造されたニッケル系活物質において、リチウム拡散速度（lithium diffusion rate）を示したグラフである。
【図９Ａ】実施例２によって製造された、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質の電子走査顕微鏡分析結果を示したイメージである。
【図９Ｂ】実施例２によって製造された、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質の電子走査顕微鏡分析結果を示したイメージである。
【図９Ｃ】参照例１によって製造されたニッケル系活物質の電子走査顕微鏡分析結果を示したイメージである。
【図９Ｄ】参照例１によって製造されたニッケル系活物質の電子走査顕微鏡分析結果を示したイメージである。
【図１０Ａ】図９Ｂの一部領域に対する表面エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ：energy dispersive X-ray spectroscopy）分析結果を示したグラフである。
【図１０Ｂ】実施例３に対するNano−ＳＩＭＳ（secondary ion mass spectroscopy）分析結果を示したものである。
【図１１Ａ】実施例２によって製造された、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質の電子走査顕微鏡写真を示したイメージである。
【図１１Ｂ】参照例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子の電子走査顕微鏡写真を示したイメージである。
【図１２】実施例１、比較例１及び参照例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子の気孔サイズ分析結果を示したグラフである。
【図１３Ａ】実施例５による、コインセルに対する評価例６の高温寿命テストを実施した後の正極断面を示した電子走査顕微鏡写真である。
【図１３Ｂ】比較例３による、コインセルに対する評価例６の高温寿命テストを実施した後の正極断面を示した電子走査顕微鏡写真である。
【図１３Ｃ】比較例４による、コインセルに対する評価例６の高温寿命テストを実施した後の正極断面を示した電子走査顕微鏡写真である。
【図１４】実施例５、参照例２、比較例３，４及び８によって製造されたコインセルに対して、評価例６の高温寿命テストを実施した後のコインセルのインピーダンス分析結果を示したグラフである。
【図１５Ａ】実施例１の二次粒子表面部において、プレート形状を有するニッケル系活物質一次粒子の面方向と厚さ方向との長さに対するＳＥＭ分析写真である。
【図１５Ｂ】実施例１の二次粒子断面部において、プレート形状を有するニッケル系活物質一次粒子の面方向と厚さ方向との長さに対するＳＥＭ分析写真である。
【図１６Ａ】実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子の断面に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図１６Ｂ】実施例２によって製造されたニッケル系活物質二次粒子の断面に対する電子走査顕微鏡写真である。
【図１７Ａ】実施例１によって製造されたニッケル系二次粒子の表面部（図１５Ａ）において、プレート型一次粒子の長さに係わる分布である。
【図１７Ｂ】実施例１によって製造されたニッケル系二次粒子の表面部（図１５Ａ）において、プレート型一次粒子の厚さに係わる分布である。
【図１７Ｃ】実施例１によって製造されたニッケル系二次粒子の表面部（図１５Ａ）において、プレート型一次粒子の長さ／厚さの比率に係わる分布である。
【図１７Ｄ】実施例１によって製造されたニッケル系二次粒子の断面部において、プレート型一次粒子の長さに係わる分布である。
【図１７Ｅ】実施例１によって製造されたニッケル系二次粒子の断面部において、プレート型一次粒子の厚さの比率に係わる分布である。
【図１７Ｆ】実施例１によって製造されたニッケル系二次粒子の断面部において、プレート型一次粒子の長さ／厚さの比率に係わる分布である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付された図面を参照しながら、以下、例示的なリチウム二次電池用ニッケル系活物質、その製造方法、それを含んだリチウム二次電池用正極、及びそれを具備したリチウム二次電池について、さらに詳細に説明する。
【００１４】
２以上の一次粒子の凝集体を含む少なくとも１つの二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも一部分が放射状配列構造を含み、前記一次粒子間に異種元素化合物が配置されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質が提供される。
【００１５】
前記異種元素化合物は、隣接する一次粒子間界面（grain boundary）、及び一次粒子の表面上のうちから選択された１以上に存在する。本明細書において、異種元素化合物が前述の位置に存在する場合を、「異種元素化合物が一次粒子単位コーティングされた」構造と定義する。
【００１６】
前記異種元素化合物は、異種元素が含有された化合物であって、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上を含む化合物でもある。前記異種元素化合物は、リチウム（Ｌｉ）及び異種元素を同時に含む。前記異種元素の含量は、ニッケル系活物質の遷移金属１モルを基準にし、０．０００５ないし０．０３モル、例えば、０．００１ないし０．０１モルである。
【００１７】
一具現例によるニッケル系活物質二次粒子は、放射状配列構造に配列された外部と、不規則多孔性構造（irregular porous structure）を含んだ内部と、を含み、前記ニッケル系活物質二次粒子の内部は、外部対比で大きい気孔サイズ（pore size）を有するニッケル系活物質であるリチウム二次電池用ニッケル系活物質が提供される。
【００１８】
前述のように、ニッケル系活物質二次粒子の内部が、外部に比べ、大きい気孔サイズを有する場合は、そうではない場合（すなわち、二次粒子の内部及び外部の気孔サイズが同一である場合、及び二次粒子の内部が外部に比べ、小さい気孔サイズを有する場合）に比べ、内部までのリチウムイオンの拡散距離が短くなるという効果がある。そして、ニッケル系活物質の外部は、放射状配列構造を有しており、リチウム吸蔵が容易になる。
【００１９】
放射状配列構造を有する外部と、不規則多孔性構造を含んだ内部と、を含む二次粒子である場合、二次粒子を構成する一次粒子は、ニッケル系活物質の特性を改善するために、十分に小さいほどの粒子サイズ（particle size）を維持する。該ニッケル系活物質二次粒子のサイズは、２ないし１８μｍ、例えば、３ないし１２μｍ、例えば、８−１０μｍ、具体的には、約９μｍである。該二次粒子が球形である場合、該サイズは、平均直径をいう。もし二次粒子が楕円形、ロッド状などの場合には、長軸長を示す。
【００２０】
他の一具現例による二次粒子は、放射状配列構造に配列された外部と、放射状配列構造に配列された内部と、を有することができる。前記内部の気孔サイズは、１５０ないし１μｍ、例えば、１５０ないし５５０ｎｍであり、前記外部の気孔サイズは、１５０ｎｍ未満、例えば、１００ｎｍ以下、例えば、２０ないし９０ｎｍである。
【００２１】
ニッケル系活物質の内部には、閉気孔（closed pore）が存在し、外部には、閉気孔及び／または開気孔（open pore）が存在する。該閉気孔は、電解質などが含まれ難いのに対し、該開気孔は、ニッケル系活物質の気孔内部、に電解質などを含むことが可能である。用語「気孔サイズ」は、気孔が球形または円形である場合、該気孔サイズは、気孔の平均径を示す。該気孔が楕円形などである場合、該気孔サイズは、長軸長を示す。気孔サイズは、ＢＥＴ法によって測定する。
【００２２】
前記ニッケル系活物質は、プレート粒子（plate particle）を含み、該プレート粒子の長軸が放射状方向に配列される。このとき、リチウムが出入りすることができる面（［００１］面と垂直な面）が二次粒子表面部に露出される。
【００２３】
本明細書において用語「プレート粒子」は、厚みが、プレート粒子の長軸長（面方向）より薄いということを意味する。該長軸長は、プレート粒子の最も広い面を基準にし、最大長さを意味する。
【００２４】
プレート粒子は、一方の軸方向（すなわち、厚み方向）の長さｔが、異なる方向（すなわち、面方向）の長軸長ａに比べ、小さい構造体を意味する。
【００２５】
図１Ａは、一具現例によるプレート粒子の形状を示した模式図である。
【００２６】
それを参照すれば、該プレート粒子は、（Ａ）のように、六角形のような多角形ナノ板形状、（Ｂ）のように、ナノディスク状、（Ｃ）のように、直方体形状を有している。
【００２７】
図１Ａにおいて、プレート粒子の厚みｔは、面方向の長さａ，ｂに比べて薄い。面方向の長さａは、ｂに比べ、さらに長いか、あるいはそれと同一である。該プレート粒子において、厚みｔが定義された方向を、厚み方向と定義し、長さａ，ｂが含まれた方向を、面方向と定義する。
【００２８】
本明細書において「放射状」は、図１Ｂに示されているように、プレート厚ｔ方向が、二次粒子において、中心から向かう方向Ｒと垂直をなすように整列されることを意味する。
【００２９】
前記ニッケル系活物質は、内部に不規則多孔性気孔を有する。「不規則多孔性構造」は、気孔サイズ及び形態が規則的ではなく、均一性がない気孔を有する構造を意味する。該不規則多孔性構造を含んだ内部は、外部と同様に、プレート粒子を含む。このようなプレート粒子は、外部と異なり、規則性なしに配列されている。用語「外部」は、ニッケル系化合物の中心から表面までの総距離において、最表面から３０ないし５０長さ％、例えば、４０長さ％の領域、またはニッケル系活物質の最外郭から２μｍ以内の領域をいう。用語「内部」は、ニッケル系化合物の中心から表面までの総距離において、中心から５０ないし７０長さ％、例えば、５５ないし６５長さ％、例えば、６０長さ％の領域、またはニッケル系活物質において、最外郭から２μｍ以内の領域を除いた残りの領域をいう。
【００３０】
前記二次粒子は、内部の中心部側に、１５０ｎｍ未満、例えば、１０ないし１４８ｎｍ、または２５ｎｍないし１４８ｎｍのサイズを有する開気孔を有することができる。該開気孔は、電解液が出入りすることができる露出された気孔である。一具現例によれば、該開気孔は、ニッケル系活物質二次粒子の表面から、平均して１５０ｎｍ以下、例えば、０．００１ないし１００ｎｍ、例えば、１ないし５０ｎｍの深さまで形成される。
【００３１】
一具現例によるニッケル系活物質は、プレート粒子を含み、前記プレート粒子の長軸が放射状方向に配列される。
【００３２】
前記外部及び内部をなすプレート粒子の平均長は、１５０ないし５００ｎｍであり、例えば、２００ないし３８０ｎｍ、具体的には、２９０ないし３６０ｎｍである。該平均長は、プレート粒子の面方向において、平均長軸長と平均短軸長との平均長を意味する。
【００３３】
前記外部及び内部をなすプレート粒子の平均厚は、１００ないし２００ｎｍであり、例えば、１２０ないし１８０ｎｍ、具体的には、１３０ないし１５０ｎｍである。そして、平均厚と平均長との比（ratio）は、１：２ないし１：１０、例えば、１：２．１ないし１：５、具体的には、１：２．３ないし１：２．９である。
【００３４】
このように、平均長、平均厚、及び平均厚と平均長との比が前述の比を満足し、プレート粒子の大きさが小さく、外部において、一次粒子が放射状に配列されているとき、表面側において、相対的に多くの粒界間のリチウム拡散通路と、外部において、リチウム伝達可能な結晶面とが多く露出され、リチウム拡散度が向上し、高い初期効率及び容量の確保が可能である。また、プレート一次粒子が放射状に配列されているとき、その間において、表面から露出された気孔も、中心方向に向かい、表面からのリチウム拡散を促進させる。放射状に配列された一次粒子により、リチウムの吸蔵／放出時、均一な収縮、膨脹が可能であり、リチウム吸蔵時、粒子が膨脹する方向である００１方向に気孔が存在し、緩衝作用を行い、プレート一次粒子の大きさが小さいために、収縮膨脹時、クラック発生確率が低くなり、内部の気孔がさらに体積変化を緩和させ、充放電時、一次粒子間に生じるクラックが減少し、寿命特性が向上し、抵抗増大が減る。
【００３５】
一具現例によるニッケル系活物質において、内部の気孔サイズは、１５０ｎｍないし５５０ｎｍ、外部の気孔サイズは、１５０ｎｍ未満である。このように、内部の気孔サイズが、外部の場合に比べ、大きい場合には、内部の気孔サイズと外部の気孔サイズとが同一である二次粒子に比べ、リチウム拡散距離が短くなるという長所があり、該気孔が電解液に露出されず、充放電時に起こる体積変化を緩和させる。
【００３６】
ニッケル系活物質の内部には、閉気孔が存在し、外部には、閉気孔及び／または開気孔が存在する。該閉気孔は、電解質などが含まれ難いのに反し、開気孔は、気孔内部に電解質などを含むことが可能である。本明細書において、該閉気孔は、気孔の壁面がいずれも閉じた構造に形成され、他の気孔と連結されていない独立気孔であり、該開気孔は、気孔の壁面のうち、少なくとも一部が開かれた構造に形成され、粒子外部と連結された連続気孔であるといえる。
【００３７】
一具現例によるニッケル系活物質は、クラックが発生しても、クラックが発生した面と、電解液との直接的な接触を最小化し、表面抵抗増大が抑制される。
【００３８】
前記ニッケル系活物質は、下記化学式１で表示される活物質である。
【００３９】
［化学式１］
Ｌｉａ（Ｎｉ１−ｘ−ｙ−ｚＣｏｘＭｎｙＭｚ）Ｏ２
前記化学式１で、Ｍは、ボロン（Ｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなるグループのうちから選択される元素であり、
０．９５≦ａ≦１．３、ｘ≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）、ｙ≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）、ｚ≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１である。このように、化学式１のニッケル系活物質としては、ニッケルの含量がコバルトの含量に比べて多く、ニッケルの含量がマンガンの含量に比べて多い。
【００４０】
化学式１で、０．９５≦ａ≦１．３、例えば、１．０≦ａ≦１．１、０＜ｘ≦０．３３、例えば、０．１≦ａ≦０．３３であり、０≦ｙ≦０．５、例えば、０．０５≦ｙ≦０．３、０≦ｚ≦０．０５、０．３３≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）≦０．９５である。例えば、化学式１で、０．５≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）≦０．９５である。
【００４１】
他の一具現例によれば、前記化学式１で、０≦ｚ≦０．０５であり、０＜ｘ≦０．３３であり、０≦ｙ≦０．３３である。
【００４２】
一具現例によれば、前記化学式１で、ｚは０でもある。
【００４３】
他の一具現例によれば、前記化学式１で、０＜ｚ≦０．０５である場合、Ｍは、アルミニウムでもある。
【００４４】
前記ニッケル系活物質において、ニッケルの含量は、遷移金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ）の総含量を基準として、３３ないし９５モル％であり、マンガンの含量及びコバルトの含量に比べ、高い含量を有する。
【００４５】
前記ニッケル系活物質において、ニッケルの含量は、遷移金属総１モルを基準として、ニッケルの含量が他のそれぞれの遷移金属に比べて多い。このように、ニッケルの含量が多いニッケル系活物質を利用すれば、それを含んだ正極を採用したリチウム二次電池を利用するとき、リチウム拡散度が高く、伝導度にすぐれ、同一電圧において、さらに高い容量を得ることができるが、クラックが発生し、寿命特性が低下するという問題がある。
【００４６】
本発明者は、前述の寿命低下の問題点を解決し、寿命特性が改善されたニッケル系活物質を提供する。
【００４７】
前記ニッケル系活物質において、ニッケルの含量は、遷移金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ）の総含量を基準として、３３ないし９５モル％であり、ニッケルの含量は、マンガンの含量に比べて多く、ニッケルの含量は、コバルトの含量に比べて多い。
【００４８】
一具現例によるニッケル系活物質において、一次粒子間に配置された異種元素化合物は、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上を含む化合物、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）のうちから選択された１以上を含むことが可能である。前記異種元素化合物は、リチウム（Ｌｉ）及び異種元素を同時に含むことが可能である。異種元素化合物は、例えば、ｉ）ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上の酸化物、またはｉｉ）ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上と、リチウムとを含む酸化物でもある。
【００４９】
前記異種元素化合物は、例えば、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｌｉ２ＺｒＯ３、ＬｉＢＯ３、Ｌｉ３ＰＯ４など挙げることができる。
【００５０】
前記ニッケル系活物質は、ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２またはＬｉＮｉ０．８５Ｃｏ０．１Ａｌ０．０５Ｏ２である。
【００５１】
前記ニッケル系活物質の全体的な気孔度（porosity）は、１ないし８％、例えば、１．５ないし７．３％である。該ニッケル系活物質において、外部の気孔度は、内部の気孔度に比べて低い。表面に露出された気孔は、内部中心方向に向かい、表面側から見たとき、気孔のサイズは、１５０ｎｍ未満、例えば、５０ないし１００ｎｍである。内部の気孔度は、２ないし２０％であり、外部の閉気孔度（closed porosity）は、０．１ないし２％である。用語「閉気孔度」は、総気孔の体積対比で、閉気孔（電解液が浸透することができない気孔）の分率を意味する。
【００５２】
本明細書において気孔度は、気孔分率と同一意味に使用され、全体総面積対比で、気孔が占める面積を比率で示したものである。
【００５３】
一具現例によるニッケル系活物質は、内部の気孔度（気孔分率）は、３．３ないし１６．５％であり、外部の気孔度（気孔分率）は、０．３ないし０．７％である。
【００５４】
一具現例によるニッケル系活物質は、充放電時のリチウム拡散度を改善し、充放電の初期効率が高く、容量が高い正極活物質である。そして、このような正極活物質は、充放電時、クラック発生を抑制し、抵抗増大を低減させる方向を通じて寿命が改善される。また、このようなニッケル系活物質は、一次粒子間に異種元素化合物が配置され、クラック時にも、表面の直接露出が最小化される。このようなニッケル系活物質を含んだ正極を具備し、セル性能が改善されたリチウム二次電池を提供することができる。
【００５５】
図１Ｃは、一具現例によるニッケル系活物質の構造を概略的に示したものである。
【００５６】
それを参照すれば、ニッケル系活物質１０は、プレート粒子１３が放射状方向に配列された構造を有する外部１４と、プレート粒子が不規則的に配列された内部１２と、を含む。プレート粒子間、及びプレート粒子の表面には、異種元素化合物１５が存在する。内部１２には、プレート粒子間の空スペースが、外部に比べてさらに存在する。そして、内部での気孔サイズ及び気孔度は、外部での気孔サイズ及び気孔度に比べ、大きくて不規則的である。図１Ｃにおいて矢印は、Ｌｉ＋イオンの移動方向を示したものである。
【００５７】
また、一具現例によるニッケル系活物質は、一次粒子間に異種元素化合物が存在し、クラック発生時、界面露出による影響を最小化し、粒子間接触効果が付与される。そして、一次粒子の表面側にも、異種元素化合物がコーティングされ、表面で起こる劣化現象が最小化される。従って、このようなニッケル系活物質を利用すれば、寿命特性が改善されたリチウム二次電池を製作することができる。
【００５８】
一具現例によるニッケル系活物質は、放射状プレート粒子と、非放射状プレート粒子とを含む。該非放射状プレート粒子の含量は、放射状プレート粒子と非放射状プレート粒子との総重量１００重量部を基準として、２０重量％以下、例えば、０．０１ないし１０重量％、具体的には、０．１ないし５重量％である。該ニッケル系活物質において、放射状プレート粒子以外に、非放射状プレート粒子を前述の含量範囲で含む場合、リチウムの拡散が容易であり、寿命特性が改善されたリチウム二次電池を製造することができる。
【００５９】
二次粒子のサイズは、２ないし１８μｍ、例えば３ないし１２μｍ、例えば８ないし１０μｍ、または約９μｍである。該二次粒子が球形である場合、サイズは、二次粒子の平均粒径（Ｄ５０）を意味し、平均粒径（Ｄ５０）は、ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｉｚｅ  ａｎａｌｙｚｅｒ（ＵＳＡ）で測定可能である。もし該二次粒子が楕円形、ロッド状などである場合には、長軸長を示す。
【００６０】
図１Ｄを参照すれば、一具現例によるニッケル系活物質の製造方法について述べられている。図１Ｄとしては、一具現例として、ニッケル系活物質二次粒子において、一次粒子間に異種元素化合物が配置された構造を有しているニッケル系活物質の製造方法を図示している。
【００６１】
一具現例による一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質１０は、前記ニッケル系活物質は、２以上の一次粒子の凝集体を含む少なくとも１つの二次粒子を含み、前記二次粒子の少なくとも一部分が放射状配列構造を含む。図１Ｃに図示された二次粒子は、内部１２は、プレート粒子が不規則的に配列された不規則多孔構造を有しており、外部１４は、放射状方向に配列された構造を有する。そして、プレート型一次粒子間、及びプレート型一次粒子の表面には、異種元素化合物１５が配置される。内部１２には、プレート粒子間の空スペースが、外部に比べてさらに存在する。そして、内部での気孔サイズ及び気孔度は、外部での気孔サイズ及び気孔度に比べ、大きくて不規則的である。図１Ｃ及び図１Ｄにおいて、矢印は、Ｌｉ＋イオンの移動方向を示したものである。
【００６２】
前述のように、一具現例によるニッケル系活物質は、放射状プレート粒子を含み、リチウム拡散の一助となり、リチウム充放電時の体積変化によるストレスを抑制させ、クラック発生を抑制することができる。そして、一次粒子間異種元素化合物コーティングを介して、クラック発生時、界面露出による影響を減らすことができる。また、製造時、表面抵抗層を減らし、リチウム拡散方向を表面に多く露出させ、リチウム拡散に必要な活性表面積を大きくすることができる。他の一具現例によるニッケル系活物質は、外部には、長軸方向に長い放射状を有するプレート粒子が存在し、内部には、長さが１５０ないし２００ｎｍほどと短い、平らなプレート粒子、具体的には、ナノディスク状の粒子が存在する。
【００６３】
前述の一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質１０は、排気を抑制し、酸化性ガス雰囲気において、ニッケル系活物質中間体（ニッケル系活物質二次粒子）、及びジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上を含んだ原料を混合し、それを二次熱処理（高温熱処理）する段階を経て製造される。
【００６４】
該ニッケル系活物質二次粒子の製造時、排気を抑制すれば、反応器内部雰囲気を最大限維持し、抵抗層の生成を最大限抑制し、粒子緻密化を行うことができる。
【００６５】
該高温熱処理は、例えば、７００ないし９００℃で実施される。高温熱処理時、昇温速度は、１ないし５℃／分、例えば、３℃／分である。高温熱処理時間は、高温熱処理温度などによって可変的であるが、例えば、３ないし１０時間実施する。
【００６６】
このようなニッケル系活物質二次粒子の平均粒径は、２ないし１８μｍ、例えば、３ないし１２μｍである。
【００６７】
ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のうちから選択された１以上を含んだ原料としては、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、塩化タングステン、第１リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）（ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｄｉｈｙｄｒｏｇｅｎｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ（（ＮＨ４）３ＰＯ４・Ｈ２Ｏ）などを挙げることができる。
【００６８】
異種元素の含量は、ニッケル系活物質二次粒子の遷移金属総モル比を基準にし、０．０００５ないし０．０３モルになるように制御する。
【００６９】
ジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、リン、ボロンのうちから選択された１以上を含んだ原料を、ニッケル系活物質二次粒子と混合して熱処理する過程を経れば、ジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、リン、ボロンのうちから選択された１以上の化合物がコーティングされたニッケル系活物質二次粒子を得ることができる。ジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、リン、ボロンのうちから選択された１以上の元素を含む化合物は、ニッケル系活物質の一次粒子間の界面、及び一次粒子の表面のうちから選択された１以上に存在する。
【００７０】
前述の異種元素（ジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、リン、ボロン）のうちから選択された１以上を含んだ化合物を、ニッケル系活物質中間体と混合する過程は、乾式工程または湿式工程によって実施することができる。
【００７１】
該乾式工程は、例えば、異種元素のうちから選択された１以上を含んだ化合物と、ニッケル系活物質中間体とをミキサで混合する過程を有することができる。
【００７２】
乾式混合は、ミーリングを利用しても実施することができる。このとき、ミーリング条件について述べれば、出発物質として使用した異種元素のうちから選択された１以上を含んだ原料、及びニッケル系活物質二次粒子の微粉化のような変形がほとんどないように、マイルドな条件で実施する。このような異種元素を含んだ原料に対して、一次熱処理を経たニッケル系活物質二次粒子中間体と、３００ないし３、０００ｒｐｍでミーリングを実施すれば、目的とするニッケル系活物質を得ることができる。
【００７３】
前述のミーリング過程において、ミキサ内部温度が３０℃以上に上がる場合には、ミキサ内部温度を常温（２５℃）範囲に維持するように、冷却過程を経ることができる。
【００７４】
該湿式工程は、例えば、異種元素（ジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、リン、ボロン）のうちから選択された１以上を含んだ原料、及びニッケル系活物質中間体を溶媒と共に混合し、それを撹拌する過程を有することができる。
【００７５】
前記溶媒としては、水、エタノールなどがある。前述のように、異種元素のうちから選択された１以上の元素を含む化合物が、ニッケル系活物質二次粒子に、一次粒子単位界面コーティングされ、クラック発生時にも、コーティングされていない表面露出が最小化される。
【００７６】
異種元素のうちから選択された１以上の元素を含む化合物の存在及び分布は、電子プローブ微量分析法（ＥＰＭＡ：electron probe micro-analysis）及び二次イオン質量分析法（Nano−ＳＩＭＳ：secondary ion mass spectroscopy）を介して確認可能である。
【００７７】
活物質が放電されるとき、放電末期には、リチウムの拡散速度が低下し、ニッケル系活物質二次粒子のサイズが大きければ、ニッケル系活物質二次粒子内部へのリチウム浸透において、抵抗によって、充電容量対比で放電容量が小さく、充放電効率が低下してしまう。しかし、一具現例によるニッケル系活物質二次粒子は、内部が多孔性構造を有し、内部までの拡散距離が縮まるという効果があり、外部は、表面側に放射状方向に配列され、表面へのリチウム吸蔵が容易になる。そして、ニッケル系活物質一次粒子のサイズが小さく、結晶粒間のリチウム伝達経路を確保しやすくなる。そして、一次粒子のサイズが小さく、一次粒子間の気孔が、充放電時に起こる体積変化を緩和させ、充放電時、体積変化時に受けるストレスが最小化される。
【００７８】
図１Ｄに図示されているように、前述のニッケル系活物質中間体は、リチウム前駆体及び金属ヒドロキシドを一定モル比で混合し、それを６００ないし８００℃で一次熱処理（低温熱処理）する段階を含み、ニッケル系活物質を製造することができる。図１Ｄにおいて、リチウム前駆体の例として、ＬｉＯＨＨ２Ｏを利用し、金属ヒドロキシドとして、Ｍｅ（ＯＨ）２を利用している。Ｍｅは、化学式１のニッケル、コバルト、マンガン及びＭを含む。
【００７９】
前記金属ヒドロキシドは、下記化学式２で表示される化合物でもある。
【００８０】
［化学式２］
（Ｎｉ１−ｘ−ｙ−ｚＣｏｘＭｎｙＭｚ）（ＯＨ）２
【００８１】
前記化学式２で、Ｍは、ボロン（Ｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなるグループのうちから選択される元素であり、
ｘ≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）、ｙ≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）、ｚ≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１である。
【００８２】
化学式２で、０＜ｘ≦０．３３であり、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．０５、０．３３≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）≦０．９５である。
【００８３】
化学式２で、０．５≦（１−ｘ−ｙ−ｚ）≦０．９５である。
【００８４】
前記化学式２の金属ヒドロキシドは、例えば、Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２、Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３（ＯＨ）２、Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３（ＯＨ）２またはＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１（ＯＨ）２がある。
【００８５】
前記リチウム前駆体は、例えば、水酸化リチウム、フルオロ化リチウム、炭酸リチウム、またはその混合物を使用する。リチウム前駆体と金属ヒドロキシドとの混合比は、前記化学式１の活物質を製造するように化学量論的に調節される。
【００８６】
前記混合は、乾式混合でもあり、ミキサなどを利用しても実施することができる。
【００８７】
該乾式混合は、ミーリングを利用しても実施することができる。このとき、ミーリング条件について述べれば、出発物質として使用した金属ヒドロキシドの微粉化のような変形がほぼないように実施する。そのためには、金属ヒドロキシドと混合するリチウム前駆体のサイズをあらかじめ制御する過程が必要である。リチウム前駆体のサイズ（平均粒径）は、５ないし２０μｍ、例えば、約１０μｍ範囲である。このようなサイズを有するリチウム前駆体を、金属ヒドロキシドと３００ないし３，０００ｒｐｍでミーリングを実施すれば、目的とするニッケル系活物質中間体を得ることができる。
【００８８】
前述のミーリング過程において、ミキサ内部温度が３０℃以上に上がる場合には、ミキサ内部温度を常温（２５℃）範囲に維持するように、冷却過程を経ることができる。
【００８９】
金属ヒドロキシドのサイズは、ニッケル系活物質のサイズとほぼ同一のものを使用する。該金属ヒドロキシドは、例えば、平均厚が１００ないし２５０ｎｍ、平均長が２５０ないし１，１００ｎｍ、内部の気孔サイズは、約１５０ｎｍないし１μｍ、例えば、１５０ｎｍないし５５０ｎｍ、外部の気孔サイズは、約５０ないし１４８ｎｍである。
【００９０】
前記低温熱処理は、酸化性ガス雰囲気下で実施される。前記酸化性ガス雰囲気は、酸素または空気のような酸化性ガスを利用し、例えば、前記酸化性ガスは、酸素または空気１０ないし２０体積％と、不活性ガス８０−９０体積％とからなる。
【００９１】
該低温熱処理は、リチウム前駆体及び金属ヒドロキシドの反応が進められながら、緻密化温度以下の範囲での実施が適切である。ここで、該緻密化温度は、結晶化が十分になされ、活物質が出すことができる充電容量を具現することができる温度を意味する。
【００９２】
該低温熱処理は、例えば、６００ないし８００℃、具体的には、６５０ないし８００℃で実施される。該低温熱処理時、昇温速度は、１ないし５℃／分、例えば、３℃／分である。
【００９３】
該低温熱処理時間は、熱処理温度などによって可変的であるが、例えば、３ないし１０時間実施する。
【００９４】
前述の条件で熱処理を実施すれば、外部が放射状配列構造を有し、内部が不規則多孔性構造を有するニッケル系活物質二次粒子を製造することができる。このようなニッケル系活物質二次粒子を構成するプレート型一次粒子平均粒径は、短軸方向に、１００ないし２５０ｎｍである。このような平均粒径を有することにより、充放電時の体積変化によるストレスを抑制することができる。
【００９５】
一具現例によるニッケル系正極活物質は、断面に切断した場合、内部及び外部の体積比について述べれば、該内部を中心から約６０％以内領域と定義するならば、該内部は、ニッケル系活物質の総体積を基準として、２０ないし３５体積％、例えば、約２２％の体積を占めることができる。該内部及び該外部の定義時、体積の代わりに面積比で区分することも可能である。
【００９６】
一具現例によるニッケル系活物質一次粒子のｃ面（例えば、００１面）は、放射状方向に配列されている。
【００９７】
一具現例によるニッケル系活物質は、充放電時のリチウム拡散度を改善し、充放電の初期効率が高く、容量が高い正極活物質である。
【００９８】
一具現例による、多孔性であってプレート粒子形態を有する金属ヒドロキシドの製造方法について述べれば、次の通りである。金属ヒドロキシドを製造する方法は、特別に制限されるものではないが、例えば、共沈法、固相法などを利用することができる。以下では、金属ヒドロキシドの例として、化学式２の化合物を挙げ、共沈法によって製造する方法について説明する。
【００９９】
ニッケル系活物質原料物質であるニッケル前駆体、コバルト前駆体、マンガン前駆体及び金属（Ｍ）前駆体を溶媒と混合し、前駆体混合物を得る。
【０１００】
前記ニッケル前駆体、コバルト前駆体、マンガン前駆体及び金属前駆体の含量は、前記化学式２の化合物を得ることができるように、化学量論的に制御される。
【０１０１】
前記溶媒としては、水、エタノール、プロパノール、ブタノールなどを使用する。
【０１０２】
前記前駆体混合物に、沈澱剤及びｐＨ調節剤を付加し、混合物のｐＨを制御し、共沈反応を実施する段階を経て沈殿物を得る。混合物のｐＨは、例えば、１０ないし１３に調節する。
【０１０３】
このように得られた沈殿物を濾過して熱処理する。該熱処理は、２０ないし１６０℃で実施して生成物を建造する。
【０１０４】
該沈澱剤は、共沈反応において、沈殿物の形成反応速度を調節する役割を行い、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、クエン酸（citric acid）などがある。該沈澱剤の含量は、一般的なレベルで使用される。
【０１０５】
該ｐＨ調節剤は、反応混合物のｐＨを調節する役割を行い、一例としては、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、シュウ酸ナトリウム（Ｎａ２Ｃ２Ｏ４）などを使用する。
【０１０６】
該ニッケル前駆体は、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケルまたは硝酸ニッケルであり、該コバルト前駆体は、例えば、硫酸コバルト、塩化コバルトまたは硝酸コバルトであり、該マンガン前駆体は、例えば、硫酸マンガン、硝酸マンガン、塩化マンガンなどを挙げることができる。そして、金属（Ｍ）前駆体は、例えば、金属カーボネート、金属硫酸塩、金属硝酸塩、金属塩化物などを挙げることができる。
【０１０７】
以下、一具現例によるニッケル系活物質を含んだ正極、負極、リチウム塩含有非水電解質及びセパレータを有するリチウム二次電池の製造方法を記述する。
【０１０８】
正極及び負極は、集電体上に、正極活物質層形成用組成物及び負極活物質層形成用組成物をそれぞれ塗布して乾燥させて製作される。
【０１０９】
前記正極活物質形成用組成物は、正極活物質、導電剤、バインダ及び溶媒を混合して製造されるが、前記正極活物質として、前述の化学式２で表示されるリチウム複合酸化物を使用する。
【０１１０】
前記バインダは、活物質と、導電剤などの結合と、集電体に対する結合とに一助となる成分であり、正極活物質の総重量１００重量部を基準として、１ないし５０重量部で添加される。このようなバインダの非制限的な例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などを挙げることができる。その含量は、正極活物質形成用組成物の総重量１００重量部を基準として、２ないし５重量部を使用する。該バインダの含量が前記範囲であるとき、集電体に対する正極活物質層の結着力が良好である。
【０１１１】
前記導電剤としては、当該電池に化学的変化を誘発せずに、導電性を有したものであるならば、特別に制限されるものではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サマーブラックなどのカーボン系物質；炭素ファイバや金属ファイバなどの導電性ファイバ；フッ化カーボン；アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカ；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使用される。
【０１１２】
前記導電剤の含量は、正極活物質の総重量１００重量部を基準として、２ないし５重量部を使用する。導電剤の含量が前記範囲であるとき、最終的に得られた電極の伝導度特性に優れる。
【０１１３】
前記溶媒の非制限的な例として、Ｎ−メチルピロリドンなどを使用する。
【０１１４】
前記溶媒の含量は、正極活物質１００重量部を基準として、１ないし７０重量部を使用する。該溶媒の含量が前記範囲であるとき、活物質層を形成するための作業が容易である。
【０１１５】
前記正極集電体は、３ないし５００μｍの厚みであり、当該電池に化学的変化を誘発せずに、高い導電性を有するものであるならば、特別に制限されるものではなく、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、熱処理炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面に、カーボン・ニッケル・チタン・銀などで表面処理したものなどが使用される。該集電体は、その表面に、微細な凹凸を形成し、正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態が可能である。
【０１１６】
それと別途に、負極活物質、バインダ、導電剤、溶媒を混合し、負極活物質層形成用組成物を準備する。
【０１１７】
前記負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる物質が使用される。前記負極活物質の非制限的な例として、黒鉛、炭素のような炭素系材料、リチウム金属及びその合金、シリコンオキサイド系物質などを使用することができる。本発明の一具現例によれば、シリコンオキサイドを使用する。
【０１１８】
前記バインダは、負極活物質の総重量１００重量部を基準に、１ないし５０重量部で添加される。このようなバインダの非制限的な例としては、正極と同一種類を使用することができる。
【０１１９】
該導電剤は、負極活物質の総重量１００重量部を基準として、１ないし５重量部を使用する。該導電剤の含量が前記範囲であるとき、最終的に得られた電極の伝導度特性に優れる。
【０１２０】
前記溶媒の含量は、負極活物質の総重量１００重量部を基準として、１ないし７０重量部を使用する。該溶媒の含量が前記範囲であるとき、負極活物質層を形成するための作業が容易である。
【０１２１】
前記導電剤及び溶媒は、正極製造時と同一種類の物質を使用することができる。
【０１２２】
前記負極集電体としては、一般的に３ないし５００μｍ厚に作られる。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せずに、導電性を有したものであるならば、特別に制限されるものではなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、熱処理炭素、銅やステンレススチールの表面に、カーボン・ニッケル・チタン・銀などで表面処理したもの、アルミニウム−カドミウム合金などが使用される。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成し、負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態でもって使用される。
【０１２３】
前記過程によって製作された正極と負極との間にセパレータを介在させる。
【０１２４】
前記セパレータは、気孔径が０．０１〜１０μｍであり、厚みは、一般的に、５〜３００μｍであるものを使用する。具体的な例として、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラスファイバから作られたシートや不織布などが使用される。該電解質として、ポリマーなどの固体電解質が使用される場合には、固体電解質がセパレータを兼ねることもできる。
【０１２５】
リチウム塩含有非水系電解質は、非水電解液とリチウム塩とからなる。該非水電解質としては、非水電解液、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用される。
【０１２６】
前記非水電解液としては、非制限的な例を挙げれば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ガンマ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、ピロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒が使用される。
【０１２７】
前記有機固体電解質としては、非制限的な例を挙げれば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデンなどが使用される。
【０１２８】
前記無機固体電解質としては、非制限的な例を挙げれば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２などが使用される。
【０１２９】
前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解されやすい物質であり、非制限的な例を挙げれば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、リチウムクロロボレート、低級脂肪族カルボン酸リチウム、テトラフェニルホウ酸リチウム、イミドなどが使用される。
【０１３０】
図２は、本発明の一具現例によるリチウム二次電池の代表的な構造を概略的に図示した断面図である。
【０１３１】
図２を参照すれば、リチウム二次電池２１は、一具現例によるニッケル系活物質を含んだ正極２３、負極２２及びセパレータ２４を含む。前述の正極２３、負極２２及びセパレータ２４がワインディングされるか、あるいは折り畳まれて電池ケース２５に収容される。次に、前記電池ケース２５に有機電解液が注入され、キャップ（cap）アセンブリ２６で密封され、リチウム二次電池２１が完成される。前記電池ケース２５は、円筒状、角形、薄膜型などでもある。例えば、前記リチウム二次電池２１は、大型薄膜型電池でもある。前記リチウム二次電池は、リチウムイオン電池でもある。前記正極と負極との間にセパレータが配置され、電池構造体が形成される。前記電池構造体がバイセル構造に積層された後、有機電解液に含浸され、得られた結果物がポーチに収容されて密封されれば、リチウムイオンポリマー電池が完成される。また、前記電池構造体は、複数個積層され、電池パックを形成し、このような電池パックが高容量及び高出力が要求される全ての機器に使用される。例えば、ノート型パソコン、スマートフォン、電気自動車などに使用される。
【０１３２】
また、前記リチウム二次電池は、高温で保存安定性、寿命特性及び高率特性に優れるので、電気自動車（ＥＶ：electric vehicle）にも使用される。例えば、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ：plug-in hybrid electric vehicle）などのハイブリッド車両にも使用される。
【０１３３】
以下の実施例及び比較例を介して、さらに詳細に説明する。ただし、該実施例は、例示するためのものであり、それらだけで限定されるものではない。
【０１３４】
製造例１：複合金属ヒドロキシドの製造
後述する共沈法によって実施し、放射状であり、多孔性であってプレート粒子である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を得た。
【０１３５】
反応器にアンモニア水を付加し、そこにニッケル系活物質の原料物質を、製造する最終生成物の組成を得ることができるように、化学量論的に制御しながら、添加した水酸化ナトリウムを利用して、反応器の混合物ｐＨを調節した。次に、撹拌を行いながら、所望サイズになるまで反応させた後、原料溶液の投入を中止して乾燥させる過程を経て、目的物を得た。該製造過程を具体的に記述すれば、次の通りである。
【０１３６】
ニッケル系活物質原料物質として、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）及び硫酸マンガン（ＭｎＳＯ４・Ｈ２Ｏ）を、６：２：２モル比になるように、溶媒である蒸溜水に溶かして混合溶液を準備した。錯化合物形成のために、アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）希釈液と、沈澱剤として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とを準備した。
【０１３７】
その後、アンモニア水希釈液が入っている回分式（batch）反応器に、金属原料混合溶液、アンモニア水、水酸化ナトリウムを、反応器の上端位置から、それぞれ反応器内部に連続的に投入した。反応器内部のｐＨを維持するために、水酸化ナトリウムは、ｐＨ調節器によって投入された。次に、撹拌をしながら、約２０時間反応を行った後、原料溶液の投入を中止した。
【０１３８】
反応器内のスラリー溶液を濾過して高純度の蒸溜水で洗浄した後、熱風オーブンで２４時間乾燥させ、複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）粉末を得た。
【０１３９】
製造例２：複合金属ヒドロキシドの製造
複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３（ＯＨ）２）を得ることができるように、硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの含量を変化させ、２５時間反応させることを除いては、製造例１と同一方法によって実施し、複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３（ＯＨ）２）を得た。
【０１４０】
製造例３：複合金属ヒドロキシドの製造
多孔性である複合金属ヒドロキシド（ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１（ＯＨ）２）を得ることができるように、硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの含量を変化させ、２５時間反応させることを除いては、製造例１と同一方法によって実施し、放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１（ＯＨ）２）を得た。
【０１４１】
製造例４：複合金属ヒドロキシドの製造
ニッケル系活物質原料物質として、８５：１０：５モル比の硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）及び硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）の混合物を使用し、１８時間反応させることを除いては、製造例１と同一方法によって実施し、放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．８５Ｃｏ０．１Ａｌ０．０５（ＯＨ）２）を得た。
【０１４２】
製造例５：複合金属ヒドロキシドの製造
多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３（ＯＨ）２）を得ることができるように、硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの含量を変化させ、２８時間反応させることを除いては、製造例１と同一に実施し、放射状であり、多孔性であるプレート粒子形状を有する複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３（ＯＨ）２）を得た。
【０１４３】
実施例１：ニッケル系活物質二次粒子の製造
製造例１によって得た放射状であり、多孔性、プレート粒子である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）、及び平均粒径が約１０μｍである水酸化リチウム（ＬｉＯＨＨ２Ｏ）を、ハイスピードミキサ（high speed mixer）を利用して、乾式で２，０００ｒｐｍで１：１モル比で混合し、それに対して、焼成炉の排気口を開き、空気雰囲気で、約８００℃で６時間一次熱処理を行い、ニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子（ニッケル系活物質中間体）（ニッケル系活物質二次粒子Ａ）を得た。
【０１４４】
ニッケル系活物質二次粒子Ａに、酸化ジルコニウムを、ハイスピードミキサを利用して、乾式で２，０００ｒｐｍで混合した。酸化ジルコニウムの含量は、ニッケル系活物質二次粒子の遷移金属１モルを基準として、０．００１５モルであった。ここで、該遷移金属は、ニッケル、コバルト及びマンガンを合わせた金属をいう。
【０１４５】
前述の乾式混合で得られた混合物に対して、酸素雰囲気で、排気口を閉じ、約８５０℃で６時間二次熱処理を行い、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子（ニッケル系活物質二次粒子Ｂ）を得た。
【０１４６】
実施例２：ニッケル系活物質二次粒子の製造
二次熱処理温度が８７０℃に変化されたことを除いては、実施例１と同一に実施し、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を得た。
【０１４７】
実施例３：ニッケル系活物質二次粒子の製造
酸化ジルコニウムの代わりに、酸化アルミニウムを使用したことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化アルミニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を得た。
【０１４８】
実施例４：ニッケル系活物質二次粒子の製造
酸化ジルコニウムの代わりに、酸化チタンを使用したことを除いては、実施例２と同一方法によって実施し、酸化チタンが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を得た。
【０１４９】
実施例５：コインセルの製造
実施例１によって得た酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を利用して、リチウム二次電池（コインセル）を次のように製造した。
【０１５０】
実施例１によって得た酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子９６ｇ、ポリフッ化ビニリデン２ｇ、溶媒であるＮ−メチルピロリドン１３７ｇ、及び導電剤であるカーボンブラック２ｇの混合物を、ミキサ器を利用して気泡を除去し、均一に分散した正極活物質層形成用スラリーを製造した。
【０１５１】
前記過程によって製造された正極活物質層形成用スラリーを、ドクターブレードを使用して、アルミニウム箔上にコーティングし、薄い極板状にした後、それを１３５℃で３時間以上乾燥させた後、圧延過程と真空乾燥過程とを経て正極を製作した。
【０１５２】
前記正極と、相対極としてのリチウム金属対極とを使用して、２０３２タイプのコインセル（coin half cell）を製造した。前記正極とリチウム金属対極との間には、多孔質ポリエチレン（ＰＥ）フィルムからなるセパレータ（厚み：約１６μｍ）を介在させ、電解液を注入し、２０３２タイプコインセルを製作した。このとき、前記電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを３：５の体積比で混合した溶媒に溶解された１．１Ｍ ＬｉＰＦ６が含まれた溶液を使用した。
【０１５３】
実施例６：コインセルの製造
実施例１によって得た酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子の代わりに、実施例３によって得た酸化アルミニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子をそれぞれ使用したことを除いては、実施例５と同一方法によって実施し、２０３２タイプコインセルを製造した。
【０１５４】
実施例７：ニッケル系活物質二次粒子の製造
酸化ジルコニウムの代わりに、酸化チタンを使用したことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化チタンが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を得た。
【０１５５】
実施例８：ニッケル系活物質二次粒子の製造
酸化ジルコニウムの代わりに、酸化ボロン（Ｂ２Ｏ３）を使用し、ボロンと遷移金属とのモル比を０．０００５モルで実施したことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、リチウムボロン酸化物が一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を得た。
【０１５６】
実施例９：ニッケル系活物質二次粒子の製造
酸化ジルコニウムの代わりに、タングステン塩化物（ＷＣｌ６）を使用したことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化タングステンが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を得た。
【０１５７】
実施例１０：ニッケル系活物質二次粒子の製造
酸化ジルコニウムの代わりに、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）（ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｄｉｈｙｄｒｏｇｅｎｐｈｏｓｐｈａｔｅ）を使用し、リンと遷移金属とのモル比を０．００３モルで実施したことを除いては、実施例２と同一方法によって実施し、リチウムリン酸貨物が一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を得た。
【０１５８】
実施例１１：ニッケル系活物質二次粒子の製造
製造例１によって得た放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）の代わりに、製造例２によって得た放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３（ＯＨ）２）を使用し、二次熱処理温度を８９０℃に変化させたことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２）二次粒子を製造した。
【０１５９】
実施例１２：ニッケル系活物質二次粒子の製造
製造例１によって得た放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）の代わりに、製造例３によって得た放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１（ＯＨ）２）を使用し、一次熱処理温度を７００℃、二次熱処理温度を７７０℃に変化させたことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２）二次粒子を製造した。
【０１６０】
実施例１３：ニッケル系活物質二次粒子の製造
製造例１によって得た放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）の代わりに、製造例４によって得た放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．８５Ｃｏ０．１Ａｌ０．０５（ＯＨ）２）を使用し、一次熱処理温度を６５０℃、二次熱処理温度を７２０℃に変化させたことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．８５Ｃｏ０．１Ａｌ０．０５Ｏ２）二次粒子を製造した。
【０１６１】
実施例１４：ニッケル系活物質二次粒子の製造
製造例１によって得た放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）の代わりに、製造例５によって得た放射状であり、多孔性である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３３（ＯＨ）２）を使用し、二次熱処理温度を９００℃に変化させたことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３３Ｏ２）二次粒子を製造した。
【０１６２】
実施例１５：ニッケル系活物質二次粒子の製造
一次熱処理を、約６００℃で６時間実施したことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質を製造した。
【０１６３】
実施例１６：ニッケル系活物質二次粒子の製造
二次熱処理を、約９００℃で６時間実施したことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質を製造した。
【０１６４】
実施例１７〜２６：コインセルの製造
実施例１によって得た酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子の代わりに、実施例７ないし１６の異種元素化合物が一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質二次粒子をそれぞれ使用したことを除いては、実施例５と同一方法によって実施し、コインセルを製造した。
【０１６５】
比較製造例１：複合金属ヒドロキシドの製造
連続式反応器を使用して、粒子の成長速度を、生成された複合金属水酸化物シード（seed）が所望サイズになるまで、８０時間成長がなされるように徐々に進め、反応が定常状態（安定化）になれば、その後オーバーフロー（overflow）される反応物を収集し、乾燥工程を進めたことを除いては、製造例１と同一過程を実施し、内部に気孔がなく、方向性なしに配列されている複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を得た。
【０１６６】
比較製造例２：複合金属ヒドロキシドの製造
複合金属水酸化物シードが所望サイズになるまで、２０時間成長が進められるように徐々に進めることを除いては、比較製造例１と同一方法によって実施し、気孔が存在し、方向性なしに配列されている複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を得た。
【０１６７】
比較例１：ニッケル系活物質二次粒子の製造
比較製造例１によって得た内部に気孔がなく、方向性なしに配列されている複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）、及び約１０μｍの平均粒径を有する水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）に対して、乾式で１：１モル比で２，０００ｒｐｍでミーリングを行って混合し、それに対して、焼成炉の排気口一部区間を開き、空気雰囲気で約８７０℃で１５時間熱処理を実施した。一次熱処理された生成物に対して、酸素雰囲気で排気口を閉じ、約５００℃で６時間二次熱処理を行い、ニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を得た。
【０１６８】
比較例２：ニッケル系活物質二次粒子の製造
比較製造例２によって得た内部に、気孔があり、方向性なしに配列されている複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）、及び約１０μｍの平均粒径を有する水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）に対して、乾式で１：１モル比で２，０００ｒｐｍでミーリングを行って混合し、それに対して、焼成炉の排気口一部区間を開き、空気雰囲気で約８８０℃で１５時間熱処理を行い、ニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を得た。
【０１６９】
比較例３：コインセルの製造
実施例１によって得た酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子の代わりに、比較例１によって得たニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を使用したことを除いては、実施例５と同一方法によって実施し、コインセルを製造した。
【０１７０】
比較例４：コインセルの製造
実施例１によって得た酸化ジルコニウムがコーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子の代わりに、比較例２によって得たニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を使用したことを除いては、実施例５と同一方法によって実施し、コインセルを製造した。
【０１７１】
比較例５：ニッケル系活物質の製造
比較製造例１によって得た複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）、及び約１０μｍの平均粒径を有する水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）の混合物に対して、焼成炉の排気口を開き、空気雰囲気で約５００℃で６時間一次熱処理を実施したことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、ニッケル系活物質粒子を得た。
【０１７２】
比較例６：ニッケル系活物質の製造
比較製造例１によって得た複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）、及び約１０μｍの平均粒径を有する水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）の混合物に対して、一次熱処理温度を８７０℃、二次熱処理温度を８００℃で実施したことを除いては、実施例１と同一方法によって実施し、酸化ジルコニウムがコーティングされたニッケル系活物質粒子を得た。
【０１７３】
比較例７，８：コインセルの製造
実施例１によって得た酸化ジルコニウムがコーティングされたニッケル系活物質二次粒子の代わりに、比較例５によって得たニッケル系活物質二次粒子、及び比較例６によって得たニッケル系活物質をそれぞれ使用したことを除いては、実施例５と同じ方法によって実施してコインセルを製作した。
【０１７４】
参照例１：ニッケル系活物質の製造
実施例１によって得たニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子に、酸化ジルコニウムを混合しないことを除いては、実施例２と同一方法によって実施した。
【０１７５】
参照例２：コインセルの製造
実施例２によって得た酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）二次粒子の代わりに、参照例１によって得たコーティングされていないニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子を使用したことを除いては、実施例５と同一方法によって実施し、２０３２タイプコインセルを製造した。
【０１７６】
評価例１：電子走査顕微鏡分析及び元素分布分析（Nano−ＳＩＭＳ）
１）実施例１及び比較例１，２
実施例１、比較例１，２によって製造されたニッケル系活物質二次粒子に対する電子走査顕微鏡分析を実施した。該電子走査顕微鏡は、Magellan ４００Ｌ（ＦＥＩ company）を利用した。サンプル断面は、ＪＥＯＬ社のＣＰ２を利用して、６ｋＶ、１５０μＡ、４時間ミーリングして前処理を行った。そして、電子走査顕微鏡分析は、３．１ｐＡ ＳＥ条件で行った。
【０１７７】
該電子走査顕微鏡分析結果を図３Ａないし図３Ｊに示した。図３Ａないし図３Ｃは、実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子中間体（Ａ）に係わるものであり、図３Ｄ及び図３Ｅは、実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子（Ｂ）に係わるものであり、図３Ｆないし図３Ｈは、比較例１のニッケル系活物質二次粒子に係わるものであり、図３Ｉ及び図３Ｊは、比較例２のニッケル系活物質二次粒子に係わるものである。
【０１７８】
図３Ａないし図３Ｃを参照すれば、実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子中間体（Ａ）は、外部に放射状配列構造を有しており、外部にも気孔が多く残っており、内部には、不規則多孔性構造を有していた。
【０１７９】
図３Ｄを参照すれば、実施例１のニッケル系活物質二次粒子（Ｂ）は、二次熱処理を介して、一次熱処理のみ経たニッケル系活物質二次粒子の場合（Ａ）に比べ、緻密化がなされているということが分かった。
【０１８０】
図３Ｂ及び図３Ｄに示されているように、実施例１によって得たニッケル系活物質二次粒子の内部は、外部の場合に比べ、プレート型粒子の長さは、相対的に短いが、平らなディスク状の粒子が観察された。それに対し、二次粒子の外部は、長軸方向に長い放射状構造を示した。
【０１８１】
図３Ｅを参照すれば、実施例１によって製造されたニッケル系活物質は、表面から見たとき、平均径が１５０ｎｍ未満ほどの内部に向かった開気孔（open pore）が存在するが、矢印は、気孔領域を示したものである。
【０１８２】
それに比べ、比較例１のニッケル系活物質は、図３Ｆ及び図３Ｈに示されているように、実施例１の場合と異なり、一次粒子が丸くてランダムであり、気孔がほぼないということが分かった。また、比較例２のニッケル系活物質は、図３Ｉ及び図３Ｊに示されているように、一次粒子が丸くてランダムであり、気孔が一部存在するが、該気孔が内外部に全体的に均一に分布しており、方向性がない構造を有するということを確認することができた。
【０１８３】
２）比較例５及び６
比較例５及び６によって製造されたニッケル系活物質に対する電子走査顕微鏡分析を行った。該電子走査顕微鏡は、Magellan ４００Ｌ（ＦＥＩ company）を利用した。サンプル断面は、ＪＥＯＬ社のＣＰ２を利用して、６ｋＶ、１５０μＡ、４時間ミーリングして前処理を行った。そして、該電子走査顕微鏡分析は、３．１ｐＡ ＳＥ条件で行った。
【０１８４】
分析の結果、比較例５は、図３Ｋのように、一次熱処理温度が構造を作るには十分ではなく、リチウムと十分に反応できない状態で外部に露出し、活物質が正しく形成されず、比較例６は、図３Ｌのように、一次粒子間気孔がなく、異種元素が二次粒子表面にだけ分布しており、相対的に低い効率、低い寿命特性を示した。
【０１８５】
３）実施例２及び参照例１
実施例２によって製造された酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質と、参照例１によって製造されたニッケル系活物質の電子走査顕微鏡は、Magellan ４００Ｌ（ＦＥＩ company）を利用した。サンプル断面は、ＪＥＯＬ社のＣＰ２を利用して、６ｋＶ、１５０μＡ、４時間ミーリングして前処理を行った。そして、該電子走査顕微鏡分析は、３５０Ｖ、３．１ｐＡ ＳＥ条件で行った。
【０１８６】
実施例２によって製造された酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質の電子走査顕微鏡分析結果を、図９Ａ及び図９Ｂに示した。図９Ｂにおいて、四角領域は、酸化ジルコニウムを示す。そして、該四角領域に対する表面エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ：energy dispersive Ｘ-ray spectroscopy）分析を行い、その結果を図１０Ａに示した。
【０１８７】
参照例１によって製造されたニッケル系活物質の電子走査顕微鏡分析結果を図９Ｃ及び図９Ｄに示した。
【０１８８】
それらを参照すれば、実施例２によって製造されたニッケル系活物質は、参照例１によって製造されたニッケル系活物質の電子走査顕微鏡写真と比べるとき、一次粒子表面に酸化ジルコニウムがコーティングされた構造を有するということを確認することができた。
【０１８９】
４）実施例３
実施例３によって製造された酸化アルミニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質でのアルミニウム分布を、Nano−ＳＩＭＳ設備（ＮＳ５０）を利用して分析した。サンプル断面は、ＪＥＯＬ社のＣＰ２を利用して、６ｋＶ、１５０μＡ、４時間ミーリングして前処理を行った。その後、５０ｎｍサイズの一次イオンを試片に走査させ、放出される二次イオンの質量を測定し、アルミニウム及びマンガンの分布を測定した。図１０Ｂから、アルミニウム元素の分布は、二次粒子内部で活物質の遷移金属であるマンガンの分布が低い界面に主に分布するということが分かる。それを介して、アルミニウム酸化物が、遷移金属からなる一次粒子の界面に分布することを確認することができる。
【０１９０】
５）実施例２及び参照例１
実施例２及び参照例１によって製造されたニッケル系活物質の断面に対する電子走査顕微鏡分析を行った。分析結果を図１１Ａ及び図１１Ｂに示した。
【０１９１】
該分析結果、実施例２は、一次粒子間に酸化ジルコニウムがコーティングされることにより、参照例１の場合に比べ、一次粒子間の間隙が狭くなり、さらに稠密な構造を示すということが分かった。
【０１９２】
６）実施例１
実施例１によって得たニッケル系活物質二次粒子に対する電子走査顕微鏡分析を行った。該電子走査顕微鏡は、Magellan ４００Ｌ（ＦＥＩ company）を利用した。サンプル断面は、ＪＥＯＬ社のＣＰ２を利用して、６ｋＶ、１５０μＡ、４時間ミーリングして前処理を行った。そして、該電子走査顕微鏡分析は、３５０Ｖ、３．１ｐＡ ＳＥ条件で行った。そして、該電子走査顕微鏡分析については、ニッケル系活物質二次粒子の表面に対するＳＥＭ分析写真を図１５Ａに示し、断面に対するＳＥＭ分析写真を図１５Ｂに示した。
【０１９３】
図１５Ａ及び図１５Ｂを参照すれば、該ニッケル系活物質一次粒子は、ほとんどプレート形状が放射状に配列されており、一部は、丸領域に示されているように、非放射状に配列されているプレート粒子が観察された。このとき、該非放射状プレート粒子の含量は、放射状プレート粒子と非放射状プレート粒子との総重量１００重量部を基準として、約３重量％であった。
【０１９４】
図１５Ａ及び図１５Ｂの電子走査顕微鏡に示されたプレート粒子の状態を参照し、平均長、平均厚、平均比率（平均長／平均厚）を計算し、下記表１、及び図１７Ａないし図１７Ｆに示した。図１７Ａないし図１７Ｃは、ニッケル系活物質二次粒子の表面において、プレート一次粒子の長さ方向と厚み方向とに係わる分析結果を示したものであり、図１７Ｄないし図１７Ｆは、ニッケル系活物質二次粒子の断面において、プレート一次粒子の長さ方向と厚み方向とに係わる分析写真である。図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて、赤い線の方向が、プレート一次粒子の厚み方向、青い線は、プレート一次粒子の長さ方向である。
【０１９５】
【表１】
2020074264.tif 000003
【０１９６】
評価例２：Ｘ線回折分析
実施例１及び参照例１、比較例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子に対するＸ線回折分析を実施し、（００３）面に係わるピーク（ブラッグ角２θが約１８．６゜であるピーク）、（１０４）面に係わるピーク（ブラッグ角２θが約４４．４゜であるピーク）、（０１８）面に係わるピーク（ブラッグ角２θが約６４．４゜であるピーク）、及び（１１０）面に係わるピーク（ブラッグ角２θが約＋６５．０゜であるピーク）の半値全幅（ＦＷＨＭ：full width at half maximum）を調査した。
【０１９７】
該Ｘ線回折分析は、Ｃｕ−Ｋα radiation（１．５４０５６Å）を利用したＸ’ｐｅｒｔ ｐｒｏ（ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ）を利用して行った。
【０１９８】
該Ｘ線回折分析を介して得た（００３）面、（１０４）面、（０１８）面及び（１１０）面に係わるブラッグ角の半値全幅を、それぞれ図４Ａないし図４Ｄに示した。図４Ａないし図４Ｄにおいて、Ｈｗは、半値全幅を示している。
【０１９９】
それらを参照すれば、実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子は、比較例１の場合に比べ、（００３）面、（１０４）面、（０１８）面及び（１１０）面に該当するピーク幅（ＦＷＨＭ）が大きくなるということが分かった。それにより、実施例１によって製造されたニッケル系活物質粒子は、比較例１の場合に比べ、粒子サイズが小さいということが分かった。
【０２００】
また、実施例１によって製造されたニッケル系活物質粒子と、参照例１のものとを比べるとき、ブラッグ角の半値全幅が増大したということを介して、一次粒子間の界面に位置した異種元素化合物が、二次熱処理過程において、一次粒子の成長を抑制したということが分かる。
【０２０１】
評価例３：ＢＥＴ表面積
実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子、及び参照例１によって製造された酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質二次粒子のＢＥＴ表面積を、ＢＥＴ法によって測定し、その結果を下記表２に示した。
【０２０２】
【表２】
2020074264.tif 000004
【０２０３】
前記表１を参照すれば、実施例１の酸化ジルコニウムが一次粒子単位コーティングされたニッケル系活物質二次粒子は、二次熱処理時、緻密化がなされ、一次粒子間の異種元素化合物が気孔を塞ぎ、酸化ジルコニウムがコーティングされる以前の一次熱処理生成物に比べ、比表面積が減少するということが分かった。
【０２０４】
前記表１において、参照例１は、実施例１によって得たニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子に、酸化ジルコニウムを混合しないことを除いては、実施例１と同一方法によって実施した場合である。その場合も、ニッケル系活物質粒子は、二次熱処理時、緻密化がなされ、二次熱処理生成物の表面積が一次熱処理生成物の表面積に比べて小さくなった。参照例１と実施例１とを比較するとき、実施例１の酸化ジルコニウムが緻密化の一助となり、一次粒子間に位置して気孔を減らし、表面積が参照例１よりさらに小さくなるということ確認することができる。
【０２０５】
評価例４：充放電特性（初期効率）
１）実施例３及び比較例３
実施例３及び比較例３によって製造されたコインセルにおいて、まず、０．１Ｃで１回充放電を行い、化成（formation）を進め、その後、０．２Ｃ充放電１回で、初期充放電特性（図５参照）を確認し、１Ｃで５０回充放電を反復しながら、サイクル特性を調べた。充電時には、定電流（ＣＣ：constant current）モードで始め、その後、定電圧（ＣＶ：constant voltage）に変え、４．３Ｖ、０．０５Ｃでカットオフされるようにセッティングを行い、放電時には、ＣＣモードで、３．０Ｖでカットオフされるようにセッティングした。
【０２０６】
（１）初期充放電効率（Ｉ．Ｃ．Ｅ：initial charge efficiency）
下記数式１によって測定した。
【０２０７】
［数式１］
初期充放電効率［％］＝［最初サイクル放電容量／最初サイクル充電容量］×１００
前記実施例５及び比較例３によるコインセルにおいて、初期充放電効率を調べ、その結果は、下記表３の通りである。
【０２０８】
【表３】
2020074264.tif 000005
【０２０９】
表３を参照すれば、実施例５のコインセルは、比較例３の場合に比べ、初期充放電効率が向上した。
【０２１０】
２）実施例１７〜２６
実施例１７ないし２６によって製造されたコインセルの充放電効率を、前述の実施例５のコインセルと同一方法によって評価した。
【０２１１】
評価結果、実施例１７ないし２６のコインセルは、実施例５のコインセルに比べ、同等レベルの優秀な充放電効率を示すということが分かった。
【０２１２】
評価例５：充放電特性（律速性能）
実施例５及び比較例３によって製造されたコインセルを、定電流（ＣＣ）（０．２Ｃ）及び定電圧（ＣＶ）（４．３Ｖ、０．０５Ｃ cut-off）条件で充電させた後、１０分間休止（rest）し、定電流（０．２Ｃ、０．３３Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃまたは３Ｃ）条件下で３．０Ｖになるまで放電させた。すなわち、充放電サイクル回数が増加するとき、周期的に放電速度をそれぞれ０．２Ｃ、０．３３Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃまたは３Ｃに変化させることにより、前記各コインセルの高率放電特性（rate capability）（律速性能ともいう）を評価した。ただし、１〜３回充放電時には、セルを０．１Ｃの速度で放電させた。このときの高率放電特性を図４にそれぞれ示した。ここで、該高率放電特性は、下記数式２で表示される。
【０２１３】
［数式２］
高率放電特性（％）＝（セルを特定定電流の速度で放電させるときの放電容量）／（セルを０．１Ｃの速度で放電させる時の放電容量）Ｘ１００
【０２１４】
前記高率放電特性結果は、下記表４及び図４の通りである。
【０２１５】
【表４】
2020074264.tif 000006
【０２１６】
表４を参照すれば、前記実施例５で製造されたコインセルは、前記比較例３で製造されたコインセルに比べ、優秀な高率放電特性を有するということが分かった。
【０２１７】
また、図４を参照すれば、低電圧範囲において、リチウム拡散抵抗が大きく低下し、それにより、同じ充電容量（同一遷移金属組成を有する場合）において、実際に具現することができる放電容量が大きく改善されるということが分かった。
【０２１８】
評価例６：高温寿命
実施例５、参照例２、比較例３及び比較例４によって製造されたコインセルにおいて、高温寿命特性を、後述する方法によって評価した。
【０２１９】
まず、０．１Ｃで１回充放電を行い、化成を進め、その後、０．２Ｃ充放電１回で初期充放電特性を確認し、４５℃で、１Ｃで５０回充放電を反復しながら、サイクル特性を調べた。充電時には、ＣＣモードで始め、その後、ＣＶモードに変え、４．３Ｖ、０．０５Ｃでカットオフされるようにセッティングを行い、放電時には、ＣＣモードで、３．０Ｖでカットオフされるようにセッティングした。
【０２２０】
サイクル反復による放電容量変化を図６に示した。
【０２２１】
それを参照すれば、実施例５及び参照例２によって製造されたコインセルは、比較例３及び４の場合に比べ、高温寿命特性が大きく上昇し、実施例５と参照例２と比較するとき、一次粒子の界面にコーティングがなされたとき、寿命特性が追加してさらに改善されるということを確認することができた。
【０２２２】
評価例７：リチウム拡散度
実施例５及び６のコインセル、及び比較例３及び４に係わるコインセルにおいて、リチウム拡散度を評価した。該リチウム拡散度は、定電流間欠滴定法ＧＩＴＴ（Galvano static intermittent titration technique）法で評価を進め、瞬間的な放電パルス電流を加えたときの経時的な電圧変化で測定した。該リチウム拡散度の測定時、Ｂｉｏ−Ｌｏｇｉｃ社のＶＭＰ３装備を利用した。
【０２２３】
該リチウム拡散度の評価結果を図８に示した。図８において、ＯＣＶは、開放回路電圧（open circuit voltage）を示す。
【０２２４】
図８を参照すれば、実施例５，６のコインセルは、比較例３及び４のコインセルの場合に比べ、リチウム拡散度が大きく上昇しているということを確認した。
【０２２５】
評価例８：粉体伝導度
実施例１のニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子、及び比較例１のニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子に対する粉体伝導度を評価した。
【０２２６】
該粉体伝導度は、粉体をペレットにした後、面抵抗を測定することによって測定することができる。該面抵抗は、三菱（ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ）社のＬＯＲＥＳＴＡ−ＧＰを利用して測定し、その結果を図７に示した。
【０２２７】
図７を参照すれば、実施例１のニッケル系活物質は、比較例１のニッケル系活物質に比べ、高い粉体伝導度を示した。
【０２２８】
評価例９：気孔サイズ分析
実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子の開気孔の平均サイズをＢＥＴ法を利用して分析した。
【０２２９】
前記平均気孔サイズ分析結果を下記表５及び図１２に示した。表５には、実施例１のニッケル系活物質二次粒子との比較のために、参照例１及び比較例１によるニッケル系活物質二次粒子に係わるものを示した。図１２において、ｄｐは、平均気孔サイズを示す。
【０２３０】
【表５】
2020074264.tif 000007
【０２３１】
図１２及び表５を参照すれば、実施例１によって製造されたニッケル系活物質二次粒子は、微細気孔が発達した多孔性構造を有するということが分かった。また、実施例１と参照例１とを比較するとき、酸化ジルコニウムが一次粒子間の気孔に位置し、気孔サイズを減らすということを確認することができた。
【０２３２】
評価例１０：高温寿命テスト後の正極断面
実施例５、並びに比較例３及び４によるコインセルに対する評価例６の高温寿命テストを実施する前後における正極断面を電子走査顕微鏡を利用して観察した。該電子走査顕微鏡は、Magellan ４００Ｌ（ＦＥＩ company）を利用した。サンプル断面は、ＪＥＯＬ社のＣＰ２を利用して、６ｋＶ、１５０μＡ、４時間ミーリングして前処理を行った。そして、該電子走査顕微鏡分析は、３５０Ｖ、３．１ｐＡ ＳＥ条件で行った。
【０２３３】
図１３Ａないし図１３Ｃは、それぞれ実施例５、並びに比較例３及び４によるコインセルに対する評価例６の高温寿命テストを実施した後の正極断面を示した電子走査顕微鏡写真である。
【０２３４】
図１３Ａを参照すれば、実施例５のコインセルの場合、高温寿命テスト後にも、一次粒子間のクラックがほとんど発生していない。
【０２３５】
それに反し、図１３Ｂ及び図１３Ｃを参照すれば、比較例３及び４によって製造されたコインセルは、高温寿命テスト後、ほとんどの粒子において、一次粒子間クラックが発生したということを確認することができた。
【０２３６】
評価例１１：高温寿命テスト後のインピーダンス（抵抗）分析
実施例５、参照例２、比較例３，４及び８によって製造されたコインセルに対して、評価例６の高温寿命テストを実施する前後のインピーダンス分析を進めた。評価例６の高温寿命テストを実施した後のコインセルのインピーダンス分析結果を図１４に示した。
【０２３７】
図１４を参照すれば、寿命テスト後のインピーダンス結果を見るとき、実施例５の場合、寿命テスト後にも、インピーダンスの半円がかなり小さく維持されるということが分かった。それに比べ、比較例３，４及び８のコインセルは、半円が大きく増大し、クラックによる抵抗が大きく増大したということを確認することができる。
【０２３８】
また、実施例５と参照例２との寿命テスト後のインピーダンス結果を見るとき、一次粒子界面コーティングによって、電解質に直接的に露出される界面が減り、抵抗増大が減ったということを確認することができた。
【０２３９】
評価例１２：電子走査顕微鏡分析を利用した気孔度評価
実施例１及び２によって得たニッケル系活物質二次粒子Ｂに対する電子走査顕微鏡分析を行った。該電子走査顕微鏡はMagellan ４００Ｌ（ＦＥＩ company）を利用した。サンプル断面は、ＪＥＯＬ社のＣＰ２を利用して、６ｋＶ、１５０μＡ、４時間ミーリングして前処理を行った。そして、該電子走査顕微鏡分析は、３５０Ｖ、３．１ｐＡ ＳＥ条件で行った。
【０２４０】
前記分析結果を下記表７、並びに図１６Ａ及び図１６Ｂに示した。
【０２４１】
図１６Ａは、それぞれ実施例１によって製造されたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子（ニッケル系活物質二次粒子Ｂ）の断面に対する電子走査顕微鏡写真である。
【０２４２】
図１６Ｂは、実施例２によって製造されたニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）二次粒子（ニッケル系活物質二次粒子Ｂ）の断面に対する電子走査顕微鏡写真である。図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、中の丸領域内は、内部領域であり、その外は、外部領域に分けられる。
【０２４３】
【表７】
2020074264.tif 000008
【０２４４】
粒子分率は、全体総面積対比で粒子が占める面積を比率で示したものであり、気孔分率は、全体総面積対比で気孔が占める面積を比率で示したものである。
【０２４５】
前記表７から、実施例１及び２によって製造されたニッケル系活物質粒子は、内部が外部に比べ、気孔度が高くて気孔が発達した多孔性構造を有するということが分かった。
【０２４６】
以上、図面及び実施例を参照し、一具現例について説明したが、それらは例示的なものの過ぎず、当該技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形、及び均等な他の具現例が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって決められるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２４７】
本発明の、リチウム二次電池用ニッケル系活物質、その製造方法、及びそれを含む正極を含んだリチウム二次電池は、例えば、バッテリ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０２４８】
１０    ニッケル系活物質
１２    内部
１３    プレート粒子
１４    外部
１５    異種元素化合物
２１    リチウム二次電池
２２    負極
２３    正極
２４    セパレータ
２５    電池ケース
２６    キャップアセンブリ
【図１Ａ】
2020074264.tif 000009
【図１Ｂ】
2020074264.tif 000010
【図１Ｃ】
2020074264.tif 000011
【図１Ｄ】
2020074264.tif 000012
【図２】
2020074264.tif 000013
【図３Ａ】
2020074264.tif 000014
【図３Ｂ】
2020074264.tif 000015
【図３Ｃ】
2020074264.tif 000016
【図３Ｄ】
2020074264.tif 000017
【図３Ｅ】
2020074264.tif 000018
【図３Ｆ】
2020074264.tif 000019
【図３Ｇ】
2020074264.tif 000020
【図３Ｈ】
2020074264.tif 000021
【図３Ｉ】
2020074264.tif 000022
【図３Ｊ】
2020074264.tif 000023
【図３Ｋ】
2020074264.tif 000024
【図３Ｌ】
2020074264.tif 000025
【図４Ａ】
2020074264.tif 000026
【図４Ｂ】
2020074264.tif 000027
【図４Ｃ】
2020074264.tif 000028
【図４Ｄ】
2020074264.tif 000029
【図５】
2020074264.tif 000030
【図６】
2020074264.tif 000031
【図７】
2020074264.tif 000032
【図８】
2020074264.tif 000033
【図９Ａ】
2020074264.tif 000034
【図９Ｂ】
2020074264.tif 000035
【図９Ｃ】
2020074264.tif 000036
【図９Ｄ】
2020074264.tif 000037
【図１０Ａ】
2020074264.tif 000038
【図１０Ｂ】
2020074264.tif 000039
【図１１Ａ】
2020074264.tif 000040
【図１１Ｂ】
2020074264.tif 000041
【図１２】
2020074264.tif 000042
【図１３Ａ】
2020074264.tif 000043
【図１３Ｂ】
2020074264.tif 000044
【図１３Ｃ】
2020074264.tif 000045
【図１４】
2020074264.tif 000046
【図１５Ａ】
2020074264.tif 000047
【図１５Ｂ】
2020074264.tif 000048
【図１６Ａ】
2020074264.tif 000049
【図１６Ｂ】
2020074264.tif 000050
【図１７Ａ】
2020074264.tif 000051
【図１７Ｂ】
2020074264.tif 000052
【図１７Ｃ】
2020074264.tif 000053
【図１７Ｄ】
2020074264.tif 000054
【図１７Ｅ】
2020074264.tif 000055
【図１７Ｆ】
2020074264.tif 000056