(57)【要約】  本発明は、リチウム遷移金属酸化物の製造のための前駆体であって、前駆体の平均粒径（Ｄ５０）と前駆体のタップ密度との比が、下記式１の条件を満足することを特徴とする遷移金属前駆体、及びそれを用いて製造したリチウム遷移金属酸化物を提供する。2016500048.tif 000010
2016500048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム遷移金属酸化物の製造のための前駆体であって、前駆体の平均粒径（Ｄ５０）と前駆体のタップ密度との比が下記式１の条件を満足することを特徴とする、遷移金属前駆体。
【数１】
2016500048.tif 000008
【請求項２】
前記遷移金属前駆体が、２種以上の遷移金属を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の遷移金属前駆体。
【請求項３】
前記２種以上の遷移金属が、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、クロム（Ｃｒ）及び第２の周期の遷移金属からなる群から選択される２つ以上であることを特徴とする、請求項２に記載の遷移金属前駆体。
【請求項４】
前記２種以上の遷移金属が、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎからなる群から選択される２種類の遷移金属、またはこれら全てを含むことを特徴とする、請求項３に記載の遷移金属前駆体。
【請求項５】
前記遷移金属前駆体を構成する前駆体粒子が遷移金属水酸化物粒子であることを特徴とする、請求項１に記載の遷移金属前駆体。
【請求項６】
前記遷移金属水酸化物粒子が、下記式２で表される化合物であることを特徴とする、請求項５に記載の遷移金属前駆体：
Ｍ（ＯＨ１−ｘ）２（２）
上記式中、Ｍが、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ及び第２の周期の遷移金属からなる群から選択される２つまたはそれ以上であり、０≦ｘ≦０．５である。
【請求項７】
前記Ｍが、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎからなる群から選択される２種類の遷移金属、またはこれら全てを含むことを特徴とする、請求項６に記載の遷移金属前駆体。
【請求項８】
前記遷移金属前駆体の平均粒径（Ｄ５０）が１〜３０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の遷移金属前駆体。
【請求項９】
リチウム遷移金属酸化物の平均粒径（Ｄ５０）と、前記リチウム遷移金属酸化物の製造のための遷移金属前駆体の平均粒径（Ｄ５０）との比が、下記式３を満足することを特徴とする、リチウム遷移金属酸化物。
【数２】
2016500048.tif 000009
【請求項１０】
前記リチウム遷移金属酸化物が、２種以上の遷移金属を含んでいることを特徴とする、請求項９に記載のリチウム遷移金属酸化物。
【請求項１１】
前記リチウム遷移金属酸化物が、下記化学式４で表される化合物であることを特徴とする、請求項１０に記載のリチウム遷移金属酸化物：
ＬｉａＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｗＯ２−ｔＡｔ  （４）
上記式中、
０＜ａ≦１．２、０≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．９、０≦ｚ≦０．９、０≦ｗ≦０．３、２≦ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ≦２．３、０≦ｔ＜０．２、
Ｍが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ及び第２の周期の遷移金属からなる群から選択される１つ以上の金属カチオンであり、
Ａが、−１または−２価の１つ以上のアニオンである。
【請求項１２】
前記式４において、ｘ＞ｙ及びｘ＞ｚの条件を満足することを特徴とする、請求項１１に記載のリチウム遷移金属酸化物。
【請求項１３】
前記リチウム遷移金属酸化物が、２種以上の遷移金属を含んでいることを特徴とする、請求項１１に記載のリチウム遷移金属酸化物。
【請求項１４】
請求項９から１３のいずれか１項に記載のリチウム遷移金属酸化物を含む正極、負極、及び前記正極と負極との間に高分子膜が介在している単位セルが電池ケースに内蔵されている、リチウム二次電池。
【請求項１５】
前記リチウム二次電池が、リチウムイオン電池であることを特徴とする、請求項１４に記載のリチウム二次電池。
【請求項１６】
前記リチウム二次電池が、リチウムイオンポリマー電池であることを特徴とする、請求項１４に記載のリチウム二次電池。
【請求項１７】
前記リチウム二次電池が、リチウムポリマー電池であることを特徴とする、請求項１４に記載のリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し充放電が可能なリチウム二次電池に係り、より詳細には、リチウム二次電池の正極活物質として用いられるリチウム遷移金属酸化物、及びリチウム遷移金属酸化物の前駆体の製造のための遷移金属前駆体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技術の目覚ましい発達に伴い、様々な携帯型情報通信機器の拡散により、２１世紀は、時間と場所にとらわれずに高品質の情報サービスが可能な‘ユビキタス社会’に発展している。
【０００３】
このようなユビキタス社会への発展のベースには、リチウム二次電池が重要な位置を占めている。
【０００４】
リチウム二次電池は、他の二次電池に比べて作動電圧及びエネルギー密度が高いだけでなく、長時間使用できるので、機器の多様化と複合化による複雑な要求条件を満たすことができるという特性がある。
【０００５】
最近、既存のリチウム二次電池技術をより一層発展させて、電気自動車などの環境に優しい輸送システムだけでなく、電力貯蔵などに応用分野を拡大するための努力が全世界的に盛んに行われている。
【０００６】
リチウム二次電池の使用領域が中大型デバイスに拡大されながら、従来に比べて高容量特性、高出力特性及び高安定性特性を全て備えたリチウム二次電池に対する需要が増加している。
【０００７】
第一に、高い容量を得るためには、活物質の単位重量当たり又は体積当たりの容量が大きくなければならない。
【０００８】
第二に、活物質のタップ密度（ｔａｐ  ｄｅｎｓｉｔｙ）が高くなければならない。タップ密度（ｔａｐ  ｄｅｎｓｉｔｙ）が高いほど電極の充填密度（ｐａｃｋｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を高めることができる。具体的に、電極の製造のために、活物質をバインダーや導電剤と混合した後、薄い膜状態で集電体上にコーティングした後に圧力を加えて電極を堅固にする。このとき、充填が良く行われないと電極を薄くすることができず、大きな体積を占めるため、与えられた電池の体積条件で高容量を具現することができなくなる。
【０００９】
第三に、活物質の比表面積が小さくなければならない。比表面積が大きいと、活物質の表面に液相が存在することになり、集電体に活物質を塗布する場合に液相が占める割合が高いだけでなく、電極を構成した後にも粒子間に多くの表面が存在することになって、電気的な流れを妨げ、接着性のために多量のバインダーが要求される。したがって、電極の抵抗を減少させ、接着性を良くするためには、導電剤とバインダーをより多く添加しなければならないため、結果的に活物質の量が少なくなってしまい、制限された体積では高容量を得ることができなくなる。
【００１０】
前駆体のタップ密度が高いほど活物質のタップ密度が高く現れる傾向があるので、一般に、当業界では、前駆体のタップ密度を高める方向に技術開発が行われている。前駆体のタップ密度は、前駆体を構成する粒子の平均粒径に比例する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、活物質のタップ密度を高める技術とは別個に、電極の作製時には、スラリー製造工程及び圧延工程において活物質を構成する粒子が砕けたり壊れたりする現象が発生する。
【００１２】
このように壊れたり砕けた粒子は、熱処理を通じて安定化していない表面が電解液と副反応を起こし、高抵抗を有する被膜を形成し、持続的に電解液と反応して形成された副産物は負極に析出されて、負極の性能を低下させる。また、持続的に電解液を消尽させることによって、ガスの発生によるスウェリングを起こす。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本出願の発明者らは、前駆体の平均粒径（Ｄ５０）とタップ密度（ｔａｐ  ｄｅｎｓｉｔｙ）との比が、下記式１の条件を満足する遷移金属前駆体を通じて上記の従来技術の問題を解決しようとする。
【００１４】
したがって、本発明は、リチウム遷移金属酸化物の製造のための前駆体として、
前駆体の平均粒径（Ｄ５０）と前駆体のタップ密度（ｔａｐ  ｄｅｎｓｉｔｙ）との比が下記式１の条件を満足することを特徴とする遷移金属前駆体を提供する。
【００１５】
【数１】
2016500048.tif 000003
【００１６】
上記式中、タップ密度（ｔａｐ  ｄｅｎｓｉｔｙ）は、粉末を充填するときに一定の条件で容器を振動させて得られる粉末の見かけ密度であり、平均粒径（Ｄ５０）（５０％  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｏｆ  ｓｏｉｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）は、粒径加積曲線（ｇｒａｉｎ  ｓｉｚｅ  ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ  ｃｕｒｖｅ）において通過質量百分率が５０％に相当する粒径を意味する。
【００１７】
遷移金属前駆体の平均粒径（Ｄ５０）とタップ密度との比は、５００〜３５００、１０００〜３５００、１５００〜３５００、２０００〜３５００であってもよい。
【００１８】
遷移金属前駆体は、遷移金属前駆体を構成する粒子（以下、前駆体粒子）の集合体である粉体である。同様に、下記のリチウム複合遷移金属酸化物は、リチウム複合遷移金属酸化物を構成する粒子（以下、酸化物粒子）の集合体である粉体である。
【００１９】
遷移金属前駆体は、１種の遷移金属からなってもよく、２種以上の遷移金属を含んでいてもよい。２種以上の遷移金属は、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、クロム（Ｃｒ）及び第２の周期の遷移金属からなる群から選択される２つ以上であってもよい。
【００２０】
遷移金属前駆体粒子は、遷移金属酸化物粒子、遷移金属硫化物粒子、遷移金属窒化物粒子、遷移金属リン化物粒子または遷移金属水酸化物粒子などであってもよい。
【００２１】
具体的に、遷移金属前駆体粒子は遷移金属水酸化物粒子であってもよく、より具体的に、下記式２で表される化合物であってもよい。
【００２２】
Ｍ（ＯＨ１−ｘ）２  （２）
【００２３】
上記式中、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ及び第２の周期の遷移金属からなる群から選択される２つまたはそれ以上であり、０≦ｘ≦０．５である。このとき、前記Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎからなる群から選択される２種類の遷移金属またはこれら全てを含むことができる。
【００２４】
遷移金属前駆体の平均粒径（Ｄ５０）は、１〜３０μｍであってもよい。
【００２５】
本発明は、遷移金属前駆体とリチウム前駆体を混合し、焼結して製造したリチウム遷移金属酸化物を提供する。遷移金属が２種以上の場合には、リチウム複合遷移金属酸化物として定義することができる。
【００２６】
このとき、リチウム遷移金属酸化物の平均粒径（Ｄ５０）と、リチウム遷移金属酸化物の製造のための遷移金属前駆体の平均粒径（Ｄ５０）との比は、下記式３を満足することができる。
【００２７】
【数２】
2016500048.tif 000004
【００２８】
リチウム複合遷移金属酸化物を構成する酸化物粒子は、下記化学式４で表される化合物であってもよい。
【００２９】
ＬｉａＮｉｘＭｎｙＣｏｚＭｗＯ２−ｔＡｔ  （４）
【００３０】
上記式中、
０＜ａ≦１．２、０≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．９、０≦ｚ≦０．９、０≦ｗ≦０．３、２≦ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ≦２．３、０≦ｔ＜０．２、
Ｍは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ及び第２の周期の遷移金属からなる群から選択される１つ以上の金属カチオンであり、
Ａは、−１または−２価の１つ以上のアニオンである。
【００３１】
また、リチウム複合遷移金属酸化物粒子は、前記化学式４において、ｘ＞ｙ及びｘ＞ｚの条件を満足する化合物であってもよい。
【００３２】
リチウム遷移金属酸化物は、１種の遷移金属からなってもよく、２種以上の遷移金属を含んでいてもよい。２種以上の遷移金属は、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、クロム（Ｃｒ）及び第２の周期の遷移金属からなる群から選択される２つ以上であってもよい。
【００３３】
本発明はまた、リチウム遷移金属酸化物を含む正極、負極、及び前記正極と負極との間に高分子膜が介在している単位セルが電池ケースに内蔵されているリチウム二次電池を提供する。
【００３４】
リチウム二次電池は、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池またはリチウムポリマー電池であってもよい。
【００３５】
本発明に係る正極活物質には、リチウム遷移金属酸化物以外に、その他のリチウム含有遷移金属酸化物がさらに含まれてもよい。
【００３６】
その他のリチウム含有遷移金属酸化物の例としては、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などの層状化合物や、１つまたはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；化学式Ｌｉ１＋ｙＭｎ２−ｙＯ４（ここで、ｙは０〜０．３３である。）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）；ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ１−ｙＭｙＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、ＢまたはＧａであり、ｙ＝０．０１〜０．３である）で表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ２−ｙＭｙＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｙ＝０．０１〜０．１である。）またはＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎである。）で表されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉの一部がアルカリ土金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
正極は、正極活物質を含む正極合剤をＮＭＰなどの溶媒に混合して製造されたスラリーを正極集電体上に塗布した後、乾燥及び圧延して製造することができる。
【００３８】
正極合剤は、正極活物質以外に、選択的に導電材、バインダー、充填剤などが含まれてもよい。
【００３９】
正極集電体は、一般に３〜５００μｍの厚さに製造する。このような正極集電体は、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れば、特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、焼成炭素、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を使用することができる。正極集電体は、表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の結合力を強化させてもよく、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体などの様々な形態で使用することができる。
【００４０】
導電材は、通常、正極活物質を含んだ混合物の全重量を基準として１〜３０重量％で添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば特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、ケチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；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ー；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を使用することができる。
【００４１】
バインダーは、活物質と導電材などの結合及び集電体に対する結合を助ける成分であって、通常、正極活物質を含む混合物の全重量を基準として１〜３０重量％で添加される。このようなバインダーの例としては、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、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、様々な共重合体などを挙げることができる。
【００４２】
充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に使用され、当該電池に化学的変化を誘発せずに繊維状材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体、ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が使用される。
【００４３】
分散液としては、代表的にイソプロピルアルコール、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、アセトンなどを使用することができる。
【００４４】
電極材料のペーストを金属材料に均一に塗布する方法は、材料の特性などを勘案して公知の方法から選択するか、または新しい適切な方法で行うことができる。例えば、ペーストを集電体上に分配させた後、ドクターブレード（ｄｏｃｔｏｒ  ｂｌａｄｅ）などを用いて均一に分散させることができる。場合によっては、分配と分散過程を一つの工程として実行する方法を用いてもよい。その他にも、ダイキャスティング（ｄｉｅ  ｃａｓｔｉｎｇ）、コンマコーティング（ｃｏｍｍａ  ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーンプリント（ｓｃｒｅｅｎ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）などの方法を選択してもよく、または別途の基材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）上に成形した後、プレシングまたはラミネーション方法により集電体と接合させてもよい。
【００４５】
金属板上に塗布されたペーストの乾燥は、５０〜２００℃の真空オーブンで１日以内に乾燥させることが好ましい。
【００４６】
負極は、例えば、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥して作製され、必要に応じて、上述したような導電材、バインダー及び充填剤などの成分が選択的にさらに含まれてもよい。
【００４７】
負極集電体は、一般に３〜５００μｍの厚さに製造される。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するものであれば、特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、焼成炭素、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を使用することができる。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して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、不織布体などの様々な形態で使用することができる。
【００４８】
負極活物質は、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１-ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；錫系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ系材料などをさらに含むことができる。
【００４９】
分離膜は、正極と負極との間に介在し、高いイオン透過度及び機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。一般に、分離膜の気孔径は０．０１〜１０μｍで、厚さは５〜３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布；クラフト紙などが使用される。現在市販中の代表的な例としては、セルガード系列（ＣｅｌｇａｒｄＲ  ２４００、２３００（Ｈｏｅｃｈｅｓｔ  Ｃｅｌａｎｅｓｅ  Ｃｏｒｐ．社製）、ポリプロピレン分離膜（Ｕｂｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｌｔｄ．社製またはＰａｌｌ  ＲＡＩ社製）、ポリエチレン系列（ＴｏｎｅｎまたはＥｎｔｅｋ）などがある。
【００５０】
場合によって、分離膜上には、電池の安定性を高めるためにゲルポリマー電解質がコーティングされてもよい。このようなゲルポリマーの代表的な例としては、ポリエチレンオキシド、ポリビニリデンフルオライド、ポリアクリロニトリルなどを挙げることができる。
【００５１】
電解質としてポリマーなどの固体電解質が用いられる場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。
【００５２】
リチウム塩含有非水系電解質は非水電解質とリチウムからなっている。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用いられる。
【００５３】
非水電解液としては、例えば、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、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、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、４−メチルー１，３−ジオキセン、ジエチルエーテル、ホルムアミド、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、ホルム酸メチル、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、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒を用いることができる。
【００５４】
有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリエジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎ  ｌｙｓｉｎｅ）、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、イオン性解離基を含む重合体などを用いることができる。
【００５５】
無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などを用いることができる。
【００５６】
リチウム塩は、非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどを用いることができる。
【００５７】
また、電解液には、充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されてもよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含ませることもでき、高温保存特性を向上させるために二酸化炭酸ガスをさらに含ませることもでき、ＦＥＣ（ｆｌｕｏｒｏ−ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＲＳ（ｐｒｏｐｅｎｅ  ｓｕｌｔｏｎｅ）、ＦＰＣ（ｆｌｕｏｒｏ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）などをさらに含ませることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施例と比較例に係る遷移金属前駆体において、タップ密度と平均粒径（Ｄ５０）との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施例と比較例に係るリチウム遷移金属酸化物の粉砕前後の粒度変化と、焼成後の粒子成長の程度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例と比較例に係るリチウム遷移金属酸化物を用いて製造したリチウム二次電池の寿命特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、本発明に係る一実施例に基づいてより詳細に説明するが、下記の実施例に本発明が制限されないということは本発明の属する分野における通常の知識を有する者にとって自明である。また、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を実施することが可能であり、このような変形例もまた本発明の範疇内に含まれる。
【００６０】
＜実施例１＞
ニッケル硫酸塩、コバルト硫酸塩及びマンガン硫酸塩をモル比で０．４５：０．１５：０．４０の割合で混合して１．５Ｍ濃度の遷移金属水溶液を準備し、３Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を準備した。
【００６１】
遷移金属水溶液を、４５〜５０℃に維持される蒸留水が含まれている湿式反応器に入れ、湿式反応器の内部の蒸留水がｐＨ１０．５〜１１．５に維持されるように水酸化ナトリウム水溶液を加え、添加物として３０％濃度のアンモニア溶液を湿式反応器に遷移金属水溶液の１／２０〜１／１０の流量を連続的に供給した。
【００６２】
遷移金属水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア溶液の流量を調節して、溶液の湿式反応器内の平均滞留時間が約６時間となるようにした。
【００６３】
反応中、攪拌機の１分当りの回転数を８００〜１０００ｒｐｍに維持した。
【００６４】
定常状態に到達した後、２０時間持続的に反応して製造されたニッケル−コバルト−マンガン複合遷移金属前駆体を蒸留水で複数回洗浄し、１２０℃の恒温乾燥機で２４時間乾燥させることで、ニッケル−コバルト−マンガン複合遷移金属前駆体を得た。
【００６５】
＜実施例２＞
反応中、添加物として３０％濃度のアンモニア溶液を湿式反応器に１／１０〜１／５の流量を連続的に供給したこと以外は、実施例１と同様の方法で遷移金属前駆体を製造した。
【００６６】
＜実施例３＞
反応中、攪拌機の１分当りの回転数を６００〜８００ｒｐｍに維持したこと以外は、実施例１と同様の方法で遷移金属前駆体を製造した。
【００６７】
＜比較例１＞
ニッケル硫酸塩、コバルト硫酸塩、及びマンガン硫酸塩をモル比で０．４５：０．１５：０．４０の割合で混合して１．５Ｍ濃度の遷移金属水溶液を準備し、３Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を準備した。
【００６８】
遷移金属水溶液を、４５〜５０℃に維持される蒸留水が含まれている湿式反応器に入れ、湿式反応器の内部の蒸留水がｐＨ９．５〜１０．５に維持されるように水酸化ナトリウム水溶液を加え、添加物として３０％濃度のアンモニア溶液を湿式反応器に遷移金属水溶液の１／２０〜１／１０の流量を連続的に供給した。
【００６９】
遷移金属水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア溶液の流量を調節して、溶液の湿式反応器内の平均滞留時間が約６時間となるようにした。
【００７０】
反応中、攪拌機の１分当りの回転数を１２００〜１４００ｒｐｍに維持した。
【００７１】
定常状態に到達した後、２０時間持続的に反応して製造されたニッケル−コバルト−マンガン複合遷移金属前駆体を蒸留水で複数回洗浄し、１２０℃の恒温乾燥機で２４時間乾燥させることで、ニッケル−コバルト−マンガン複合遷移金属前駆体を得た。
【００７２】
＜比較例２＞
反応中、添加物としてアンモニア溶液を連続的に供給しなかったこと以外は、比較例１と同様の方法で遷移金属前駆体を製造した。
【００７３】
＜実験例１＞
実施例１〜３及び比較例１、２でそれぞれ製造された遷移金属前駆体を、ＳＥＩＳＨＩＮ（ＫＹＴ−４０００）測定機器を用いて１００ｃｃのタッピング用シリンダーに５０ｇを入れた後、３０００回タッピングを加えた。また、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ（Ｓ−３５００）を用いて体積基準の粉体分布度を得、Ｄ５０値を測定し、Ｄ５０に対するＴａｐ密度を計算した。その結果を下記表１に示す。
【００７４】
【表１】
2016500048.tif 000005
【００７５】
表１に示されたように、本発明に係る遷移金属前駆体（実施例１〜３）は、Ｄ５０に対するタップ密度が３５００以下の低い値を有し、比較例１、２の遷移金属前駆体は、Ｄ５０に対するタップ密度が３５００以上の高い値を有していることがわかる。
【００７６】
＜実験例２＞
実施例１〜３及び比較例１、２でそれぞれ製造された遷移金属前駆体をＬｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ）の割合が１．１０モル比となるようにＬｉ２ＣＯ３を混合した後に、５℃／分の昇温速度で加熱して、９５０℃で１０時間焼成させることで、リチウム遷移金属酸化物粉末（正極活物質）を製造した。
【００７７】
このように製造された正極活物質粉末を、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃｋ（Ｓ−３５００）を用いて体積基準の粉体分布に該当するＤ５０値を測定し、６０秒の超音波分散過程を経た後、再び体積基準の粉体分布度に該当するＤ５０値を測定した。上記の２つの過程を経て粉砕前後の粒度変化率を計算し、その結果を下表の２に示す。
【００７８】
【表２】
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【００７９】
表２に示されたように、同一の遷移金属の組成において、本発明に係る遷移金属前駆体（実施例１〜３）から製造されたリチウム遷移金属酸化物は、焼成前後の粒度変化率が１．２以下の小さい値を有し、比較例１、２の遷移金属前駆体から製造されたリチウム遷移金属酸化物は、焼成前後の粒度変化率が１．２以上の高い値を有するということがわかる。
【００８０】
＜実験例３＞
実施例１〜３及び比較例１、２でそれぞれ製造された遷移金属前駆体を用いた正極活物質粉末をＰＤＭ−３００  ｐａｓｔｅ ｍｉｘｅｒにそれぞれ１０ｇ入れ、５ｍｍのアルミナビーズを入れた後、公転×自転回転数（ｒｐｍ）基準６００×６００の条件で活物質をボールミル粉砕過程を経た。このように製造された活物質粉砕品を、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ（Ｓ−３５００）を用いて６０秒の超音波分散過程を経た後、再び体積基準の粉体分布に該当するＤ５０値を測定した。
【００８１】
上記の２つの過程を経て粉砕前後の粒度変化率を計算し、その結果を下記表３に示す。
【００８２】
【表３】
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【００８３】
表３に示されたように、同一の遷移金属の組成において、本発明に係る遷移金属前駆体（実施例１〜３）から製造されたリチウム遷移金属酸化物は、粉砕過程で粒度の変化が少ないことから、高い正極材活物質強度を示すことがわかる。相対的に比較例１、２の遷移金属前駆体から製造されたリチウム遷移金属酸化物は低い強度を示す。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係る遷移金属前駆体は、従来の遷移金属前駆体と平均粒径（Ｄ５０）が実質的に同じ条件下で、従来の遷移金属前駆体粒子からなる遷移金属前駆体に比べて低いタップ密度を有する。
【００８５】
このとき、平均粒径（Ｄ５０）が実質的に同一であるということは、測定誤差範囲０．２μｍ以内の範囲の平均粒径（Ｄ５０）を意味する。
【００８６】
その結果、本発明に係る遷移金属前駆体を用いて製造されたリチウム遷移金属酸化物は、従来のリチウム遷移金属酸化物に比べて、焼結過程の間、平均粒径（Ｄ５０）の増加が小さく、従来の遷移金属前駆体を用いて製造されたリチウム遷移金属酸化物に比べて高い強度を有する。
【００８７】
したがって、本発明のリチウム遷移金属酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池は、圧延工程中にリチウム遷移金属酸化物粒子が壊れたり砕ける現象を最小化することができるので、高温特性、寿命特性及び安全性が向上するという効果がある。
【００８８】
また、容量の低下を最小化し、出力特性を向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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