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公開番号2025083172
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2023196919
出願日2023-11-20
発明の名称リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池用正極活物質の前駆体の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法
出願人JX金属株式会社
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250523BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】Caを含みつつ、良好な電池特性を示すリチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池用正極活物質の前駆体の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法を提供する。
【解決手段】組成式:Li_aNi_(1-b-c-d)Co_bMn_cCa_dO₂
(前記式において、0.98≦a≦1.09、0.06≦b≦0.21、0.02≦c≦0.32、0.000002≦d≦0.0007である。)
で表され、50%累積体積粒度D50が3.0～11.0μmであり、タップ密度が2.0～2.6g/ccであり、c軸格子定数が14.180～14.255Åである、リチウムイオン電池用正極活物質。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
組成式：Ｌｉ
a
Ｎｉ
(1-b-c-d)
Ｃｏ
b
Ｍｎ
c
Ｃａ
d
Ｏ
2
（前記式において、０．９８≦ａ≦１．０９、０．０６≦ｂ≦０．２１、０．０２≦ｃ≦０．３２、０．０００００２≦ｄ≦０．０００７である。）
で表され、５０％累積体積粒度Ｄ５０が３．０～１１．０μｍであり、タップ密度が２．０～２．６ｇ／ｃｃであり、ｃ軸格子定数が１４．１８０～１４．２５５Åである、リチウムイオン電池用正極活物質。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
ＢＥＴ比表面積が０．２０～０．８０ｍ
2
／ｇである、請求項１に記載のリチウムイオン電池用正極活物質。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリチウムイオン電池用正極活物質を含む、リチウムイオン電池用正極。
【請求項４】
請求項３に記載のリチウムイオン電池用正極及び負極を含む、リチウムイオン電池。
【請求項５】
（ａ）ニッケル塩、（ｂ）コバルト塩、（ｃ）マンガン塩及び（ｄ）カルシウム塩を含む水溶液、及び、（ｅ）アンモニアを含む塩基性水溶液及び／またはアルカリ金属の塩基性水溶液、を含有する水溶液を反応液とし、前記反応液中のｐＨを１０．０～１１．５、アンモニウムイオン濃度を７～２０ｇ／Ｌ、液温を５９～６１℃に制御しながら晶析反応を行う工程を含む、
組成式：Ｎｉ
(1-b-c-d)
Ｃｏ
b
Ｍｎ
c
Ｃａ
d
（ＯＨ）
2
（前記式において、０．０６≦ｂ≦０．２１、０．０２≦ｃ≦０．３２、０．００００１≦ｄ≦０．０００７である。）
で表され、５０％累積体積粒度Ｄ５０が３．０～１１．０μｍであり、タップ密度が１．８～２．４ｇ／ｃｃであり、ＢＥＴ比表面積が４．０～１２．０ｍ
2
／ｇである、リチウムイオン電池用正極活物質の前駆体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のリチウムイオン電池用正極活物質の前駆体の製造方法で製造された前駆体と、リチウム源とを、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎからなる金属の原子数の和（Ｍｅ
n
）とリチウムの原子数（Ｌｉ
n
）との比（Ｌｉ
n
／Ｍｅ
n
）が０．９８～１．０９となるように混合して、リチウム混合物を形成する工程と、
前記リチウム混合物を、大気もしくは酸素雰囲気中４５０～７５０℃で２～１５時間焼成した後、さらに７００～９００℃で２～１５時間焼成する工程と、
を含む、リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池用正極活物質の前駆体の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノートパソコン等の小型電子機器の急速な拡大とともに、充放電可能な電源として、非水系電解質二次電池の需要が急激に伸びている。非水系電解質二次電池の正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ
2
）で代表されるリチウムコバルト複合酸化物とともに、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ
2
）で代表されるリチウムニッケル複合酸化物、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ
2
）で代表されるリチウムマンガン複合酸化物等が広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、ニッケル及びコバルトは比較的高価な金属であり、特にコバルトは生産国が限られており、需給が不安定な金属として知られている。そのため、近年、特許文献１に開示されているように、廃棄電極、廃棄バッテリーからリチウム、ニッケル、コバルトなどの金属成分を高純度で回収し、再度正極活物質へとリサイクルする方法が試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０２２－５３２５７５号公報
特開平１１－３５４１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウムイオン二次電池の正極活物質に対する要求は増加しているが、優れた正極活物質には合成原料の純度や精製の条件の違いによりサイクル性能及び保存性が変動することが問題となる。このため、特許文献２に開示されているように、正極活物質中の純度の制御が必要である。
【０００６】
廃棄電極や廃バッテリーには、缶体や発火防止のための難燃材に各種金属が含有されており、高純度のニッケル、コバルト、リチウムを回収するためには多大な精製コストを要し、結果的に正極活物質の生産コストが高額になってしまう。特にカルシウム（Ｃａ）に関しては、精製抽出が困難で完全に除去するためには相応のリサイクルコストをかけなくてはいけない。
【０００７】
このように、正極活物質中の純度を制御して電池特性を向上させるという観点からはＣａのような不純物は排除したいが、一方で廃棄電極や廃バッテリーのリサイクルとして高純度のニッケル、コバルト、リチウムを回収する際に、Ｃａを除去するためのコストが問題となっている。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、Ｃａを含みつつ、良好な電池特性を示すリチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池用正極活物質の前駆体の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法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】
【０００９】
上記知見を基礎にして完成した本発明は以下で規定される。
１．組成式：Ｌｉ
a
Ｎｉ
(1-b-c-d)
Ｃｏ
b
Ｍｎ
c
Ｃａ
d
Ｏ
2
（前記式において、０．９８≦ａ≦１．０９、０．０６≦ｂ≦０．２１、０．０２≦ｃ≦０．３２、０．０００００２≦ｄ≦０．０００７である。）
で表され、５０％累積体積粒度Ｄ５０が３．０～１１．０μｍであり、タップ密度が２．０～２．６ｇ／ｃｃであり、ｃ軸格子定数が１４．１８０～１４．２５５Åである、リチウムイオン電池用正極活物質。
２．ＢＥＴ比表面積が０．２０～０．８０ｍ
2
／ｇである、前記１に記載のリチウムイオン電池用正極活物質。
３．前記１または２に記載のリチウムイオン電池用正極活物質を含む、リチウムイオン電池用正極。
４．前記３に記載のリチウムイオン電池用正極及び負極を含む、リチウムイオン電池。
５．（ａ）ニッケル塩、（ｂ）コバルト塩、（ｃ）マンガン塩及び（ｄ）カルシウム塩を含む水溶液、及び、（ｅ）アンモニアを含む塩基性水溶液及び／またはアルカリ金属の塩基性水溶液、を含有する水溶液を反応液とし、前記反応液中のｐＨを１０．０～１１．５、アンモニウムイオン濃度を７～２０ｇ／Ｌ、液温を５９～６１℃に制御しながら晶析反応を行う工程を含む、
組成式：Ｎｉ
(1-b-c-d)
Ｃｏ
b
Ｍｎ
c
Ｃａ
d
（ＯＨ）
2
（前記式において、０．０６≦ｂ≦０．２１、０．０２≦ｃ≦０．３２、０．００００１≦ｄ≦０．０００７である。）
で表され、５０％累積体積粒度Ｄ５０が３．０～１１．０μｍであり、タップ密度が１．８～２．４ｇ／ｃｃであり、ＢＥＴ比表面積が４．０～１２．０ｍ
2
／ｇである、リチウムイオン電池用正極活物質の前駆体の製造方法。
６．前記５に記載のリチウムイオン電池用正極活物質の前駆体の製造方法で製造された前駆体と、リチウム源とを、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎからなる金属の原子数の和（Ｍｅ
n
）とリチウムの原子数（Ｌｉ
n
）との比（Ｌｉ
n
／Ｍｅ
n
）が０．９８～１．０９となるように混合して、リチウム混合物を形成する工程と、
前記リチウム混合物を、大気もしくは酸素雰囲気中４５０～７５０℃で２～１５時間焼成した後、さらに７００～９００℃で２～１５時間焼成する工程と、
を含む、リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｃａを含みつつ、良好な電池特性を示すリチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、リチウムイオン電池、リチウムイオン電池用正極活物質の前駆体の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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