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公開番号2025105992
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2025077728,2024111675
出願日2025-05-08,2022-03-17
発明の名称リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
出願人株式会社プロテリアル
代理人
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250703BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】硫酸ニッケルは六水和物であるため、Niの質量%は約20～25%で嵩比重が小さく、輸送や正極材の製造工程において取り扱う体積が大きくなってしまう課題があった。
【解決手段】リチウムと、前記リチウム及びニッケル以外の金属元素Mと、ニッケルを含むリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法において、前記リチウムを含む化合物と、前記金属元素M及び前記ニッケルの金属を含む金属粉と、を混合して混合粉を生成する混合粉生成工程と、酸素を含む雰囲気下で前記混合粉を焼成し、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得る焼成工程と、を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
リチウムと、前記リチウム及びニッケル以外の金属元素Ｍと、ニッケルとを含むリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法において、
前記リチウムを含む化合物と、前記金属元素Ｍ及び前記ニッケルの金属を含む金属粉と、を混合して混合粉を生成する混合粉生成工程と、
酸素を含む雰囲気下で前記混合粉を焼成し、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得る焼成工程と、を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記焼成工程は、酸素を体積比で２０％以上含む焼成雰囲気で行うことを特徴とする請求項１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３】
前記焼成工程は、７５０℃以上９００℃以下で保持される本焼成段階を含むことを特徴とする請求項２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４】
前記金属元素ＭはＣｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏのうち少なくとも一種類の元素であることを特徴とする請求項３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５】
前記混合粉生成工程と前記焼成工程の間に、前記混合粉を酸化する酸化工程を含み、前記リチウムを含む化合物の融点は、前記酸化工程における酸化温度より高いことを特徴とする請求項３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。

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製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池はエレクトロニクス、自動車、インフラなど様々な分野で広く用いられている。中でも自動車においては電気自動車（ＥＶ）の動力源としてリチウムイオン電池が用いられており、重要な基幹部品となっている。航続距離を伸長する観点から、リチウムイオン電池のエネルギー密度は年々向上しており、電池に用いられる正極活物質は高容量な三元層状材が用いられている。前記三元層状材はＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、またはＡｌといった金属元素とＬｉとの複合酸化物（以後、リチウム金属複合酸化物）であり、金属元素におけるＮｉの原子比が高いほど高容量となる。そのため、ＥＶ向け電池用の正極活物質として、高Ｎｉ材料が期待されている。さらに、持続的な地球環境の維持、コストや省資源対策の観点から、埋蔵量が少なく高価なＣｏを削減した材料が期待されており、その代替にＮｉ比を向上させる動きから、今後、高Ｎｉ化はますます促進される。
【０００３】
特許文献１には、金属の水酸化物を前駆体として正極活物質を製造する方法が記載されている。金属水酸化物にＬｉ源を反応させて正極活物質を製造するプロセスは広く採用されている。
また、特許文献２には、ニッケル源を溶融し、アトマイズ法により得たニッケル粒子を硫酸水溶液に溶解して、硫酸ニッケルを得た後に、晶析法により、Ｎｉを含有する水酸化物を得て、この水酸化物を用いて共沈法により二次電池用正極活物質を得る製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１５－００２１２０号公報
国際公開第２０２０／０６６２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２にあるように、正極活物質は共沈反応によって、合成した遷移金属の水酸化物粒子にＬｉ源を反応させて製造される。前記共沈反応では硫酸ニッケルなどの水溶液が原料として用いられるが、これらは不純物を回避するため高純度に精製したニッケル地金を酸溶解することにより生成される。硫酸ニッケルは、鉱山から採掘されたニッケル鉱石からニッケルを精製して酸溶解などの加工を経るため、加工費が高いと言う問題があった。また、硫酸ニッケルは六水和物であるため、Ｎｉの質量％は約２０～２５％で嵩比重が小さく、これを補うには正極材の製造工程において取り扱う体積が大きくなってしまう。同時に輸送コストも嵩む。このようなことから輸送や製造に必要なエネルギーが多くなるし、製造工程が煩雑で長くなる。その結果、排出される温室効果ガス（ＧＨＧ）も嵩んでしまうと言う問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、不純物を回避するため高純度に精製したニッケル地金を用いつつ、輸送や正極材の製造工程で取り扱う体積を小さくできて、輸送や製造に使用するエネルギーを低減し、製造工程の煩雑さを解消する。その結果、ＧＨＧの排出量を抑えたリチウムイオン二次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】
【０００７】
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は、リチウムと、前記リチウム及びニッケル以外の金属元素Ｍと、ニッケルとを含むリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法において、前記リチウムを含む化合物と、前記金属元素Ｍ及び前記ニッケルの金属を含む金属粉と、を混合して混合粉を生成する混合粉生成工程と、酸素を含む雰囲気下で前記混合粉を焼成し、リチウムイオン二次電池用正極活物質を得る焼成工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
前記焼成工程は、酸素を体積比で２０％以上含む焼成雰囲気で行うことが好ましい。また、焼成工程は７５０℃以上９００℃以下で保持される本焼成段階を含むことが好ましい。
【０００９】
前記金属元素ＭはＣｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏのうち少なくとも一種類の元素であることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記混合粉生成工程と前記焼成工程の間に、前記混合粉を酸化する酸化工程を含み、前記リチウムを含む化合物の融点は、前記酸化工程における酸化温度より高いことが好ましい。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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