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特許7094248リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体、その製造方法、そこから形成されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質、及びそれを含む正極を含んだリチウム二次電池
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-23
(45)【発行日】2022-07-01
(54)【発明の名称】リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体、その製造方法、そこから形成されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質、及びそれを含む正極を含んだリチウム二次電池
(51)【国際特許分類】
H01M 4/525 20100101AFI20220624BHJP
H01M 4/36 20060101ALI20220624BHJP
H01M 4/505 20100101ALI20220624BHJP
【ＦＩ】
H01M4/525
H01M4/36 C
H01M4/505
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2019118515
(22)【出願日】2019-06-26
(65)【公開番号】P2020004722
(43)【公開日】2020-01-09
【審査請求日】2019-06-26
【審判番号】
【審判請求日】2021-06-01
(31)【優先権主張番号】10-2018-0073588
(32)【優先日】2018-06-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】590002817
【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＳＤＩ Ｃｏ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】１５０－２０ Ｇｏｎｇｓｅ－ｒｏ，Ｇｉｈｅｕｎｇ－ｇｕ，Ｙｏｎｇｉｎ－ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ， ４４６－９０２ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】尹 弼相
(72)【発明者】
【氏名】玄 章鉐
(72)【発明者】
【氏名】梁 祐榮
【合議体】
【審判長】井上 信一
【審判官】木下 直哉
【審判官】山本 章裕
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１５９１２８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００２６２６７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H01M4/00-4/62
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
粒子状構造体を複数個具備する二次粒子を含み、前記粒子状構造体が、多孔性コア部、及び前記多孔性コア部上に放射形に多層に配置される一次粒子を具備するシェル部を含み、
前記一次粒子は、厚みと長さとの比率が１：２ないし１：２０であり、
前記シェル部は、前記粒子状構造体の中心から表面までの総距離のうちの、前記粒子状構造体の最外郭から３０ないし５０％の長さに対応する領域を参照しており、
前記多孔性コア部は、前記粒子状構造体の中心から最外郭までの総距離のうち、中心から５０ないし７０％の長さに対応する領域を参照しており、
前記二次粒子の表面を構成する一次粒子の５０％以上において、一次粒子の長軸が（１００）面または（１１０）面の法線方向に配置され、
前記二次粒子は、複数の放射形中心を含むリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体。
【請求項2】
前記二次粒子が、多中心等方配列に配置される粒子状構造体からな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前駆体。
【請求項3】
前記二次粒子の表面を構成する一次粒子が、長軸が二次粒子表面の法線方向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前駆体。
【請求項4】
前記一次粒子は、プレート粒子を含み、前記プレート粒子の長軸が放射形に配列され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前駆体。
【請求項5】
前記二次粒子の大きさは、５ないし２５μｍ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前駆体。
【請求項6】
前記リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体は、下記化学式１で表示される化合物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前駆体：［化学式１］
Ｎｉ１－ｘ－ｙ－ｚＣｏｘＭｎｙＭｚ（ＯＨ）２
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）、タングステン（Ｗ）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、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１である。
【請求項7】
前記リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体において、ニッケル含量は、遷移金属の総含量を基準にし、３３モル％ないし９５モル％であり、マンガン含量及びコバルト含量に比べて多いか、あるいはそれと同じであることを特徴とする請求項６に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体。
【請求項8】
前記リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体は、Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２、Ｎｉ０．７Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．１５（ＯＨ）２、Ｎｉ０．７Ｃｏ０．１Ｍｎ０．２（ＯＨ）２、Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３（ＯＨ）２、Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３（ＯＨ）２、Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１（ＯＨ）２またはＮｉ０．８５Ｃｏ０．１Ａｌ０．０５（ＯＨ）２であることを特徴とする請求項６に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体。
【請求項9】
請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体の製造方法であって、供給原料を第１供給速度で供給して撹拌し、前駆体シードを形成する第１段階と、
前記第１段階で形成された前駆体シードに供給原料を第２供給速度で供給して撹拌し、前駆体シードを凝集させて成長させる第２段階と、
前記第２段階で成長された前駆体粒子に供給原料を第３供給速度で供給して撹拌し、前駆体粒子の成長を調節する第３段階と、を含み、
前記供給原料は、錯化剤、ｐＨ調節剤及びニッケル系活物質前駆体形成用金属原料を含み、
前記ニッケル系活物質前駆体形成用金属原料の第２供給速度は、第１供給速度より速く、第３供給速度は、第２供給速度より速く、
前記第１段階、第２段階及び第３段階に行くほど、反応混合物の撹拌速度が順次低下するリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体の製造方法。
【請求項10】
前記ニッケル系活物質前駆体形成用金属原料の第２供給速度は、第１供給速度を基準に、１０ないし５０％増大し、第３供給速度は、第２供給速度を基準に、１０ないし５０％増大す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前駆体の製造方法。
【請求項11】
前記ニッケル系活物質前駆体形成用金属原料は、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、フッ化ニッケル、硫酸マンガン、硝酸マンガン、塩化マンガン、フッ化マンガン、硫酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト及びフッ化コバルトからなる群から選択された１種以上を含む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前駆体の製造方法。
【請求項12】
前記第１段階において撹拌動力は、１．５ｋＷ／ｍ２以上４ｋＷ／ｍ２以下であり、第２段階において撹拌動力は、１ｋＷ／ｍ２以上３ｋＷ／ｍ２以下であり、第３段階において撹拌動力は、０．５ｋＷ／ｍ２以上２ｋＷ／ｍ２以下であ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前駆体の製造方法。
【請求項13】
前記第１段階、第２段階及び第３段階に行くほど、反応混合物のｐＨが低下するか、あるいは維持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前駆体の製造方法。
【請求項14】
請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体から得られたリチウム二次電池用ニッケル系活物質。
【請求項15】
請求項１４に記載のリチウム二次電池用ニッケル系活物質を含む正極、負極、及びそれらの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前駆体、その製造方法、そこから形成されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質、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への開発必要性が高い。しかし、高エネルギー密度のリチウム二次電池は、安全性が低下してしまい、それに対する改善が必要である。該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。ところで、そのような正極活物質を利用する場合、充放電時、二次粒子サイズによるリチウムイオンの移動距離が決まり、そのような物理的な距離により、充放電効率が高くなかった。また、該リチウム二次電池の充放電が反復されることにより、一次粒子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、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】
【0003】
本発明が解決しようとする課題は、リチウムイオン利用率が向上されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体を提供することである。
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、また、前述のニッケル系活物質前駆体の製造方法を提供することである。
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、また、前述のニッケル系活物質前駆体から得られたニッケル系活物質、及びそれを含んだ正極を含む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、
粒子状構造体を複数個具備する二次粒子を含み、
前記粒子状構造体が、多孔性コア部、及び前記多孔性コア部上に放射形に配置される一次粒子を具備するシェル部を含み、
前記二次粒子は、複数の放射形中心を含むリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体が提供される。
粒子状構造体を複数個具備する二次粒子を含み、
前記粒子状構造体が、多孔性コア部、及び前記多孔性コア部上に放射形に配置される一次粒子を具備するシェル部を含み、
前記二次粒子は、複数の放射形中心を含むリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体が提供される。
【0007】
他の側面により、
供給原料を第１供給速度で供給して撹拌し、前駆体シード（ｓｅｅｄ）を形成する１段階と、
前記１段階で形成された前駆体シードに供給原料を第２供給速度で供給して撹拌し、前駆体シードを凝集させて成長させる２段階と、
前記２段階で成長された前駆体粒子に供給原料を第３供給速度で供給して撹拌し、前駆体粒子の成長を調節する３段階と、を含み、
前記供給原料は、錯化剤、ｐＨ調節剤及びニッケル系活物質前駆体形成用金属原料を含み、
前記ニッケル系活物質前駆体形成用金属原料の第２供給速度は、第１供給速度より速く、第３供給速度は、第２供給速度より速い前記リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体の製造方法が提供される。
供給原料を第１供給速度で供給して撹拌し、前駆体シード（ｓｅｅｄ）を形成する１段階と、
前記１段階で形成された前駆体シードに供給原料を第２供給速度で供給して撹拌し、前駆体シードを凝集させて成長させる２段階と、
前記２段階で成長された前駆体粒子に供給原料を第３供給速度で供給して撹拌し、前駆体粒子の成長を調節する３段階と、を含み、
前記供給原料は、錯化剤、ｐＨ調節剤及びニッケル系活物質前駆体形成用金属原料を含み、
前記ニッケル系活物質前駆体形成用金属原料の第２供給速度は、第１供給速度より速く、第３供給速度は、第２供給速度より速い前記リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体の製造方法が提供される。
【0008】
さらに他の側面により、ニッケル系活物質前駆体から得ら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。
【0009】
さらに他の側面により、リチウム二次電池用ニッケル系活物質を含む正極を含むリチウム二次電池が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によるリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体を利用すれば、正極活物質と電解液との界面において、リチウム拡散が容易になり、活物質内部への拡散が容易なニッケル系活物質を得ることができる。また、リチウムの挿入及び脱離が容易であり、リチウムイオンの拡散距離が短いニッケル系活物質を得ることができる。そのような正極活物質を利用して製造されたリチウム二次電池は、リチウムの利用率が向上され、充放電による活物質の崩れが抑制され、容量及び寿命の特性が増大する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】一具現例によるニッケル系活物質前駆体が含む二次粒子の概略図である。
【図3】一具現例によるニッケル系活物質Ｂ、及び従来のニッケル系活物質Ａに係るリチウムイオンの移動距離を比較して示した概略図である。
【図4】例示的な具現例によるリチウム二次電池の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施例によるリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体、その製造方法、そこから形成されたニッケル系活物質、及びそれを含む正極を具備したリチウム二次電池について詳細に説明する。以下では、例示として提示されるものであり、それにより、本発明が制限されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲の範疇によってのみ定義される。
【0013】
本明細書において、用語「粒子状構造体」は、複数の一次粒子が凝集して形成された粒子形態の構造体を意味する。
【0014】
本明細書において、用語「等方配列（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）」は、物体を観察する方向が異なっても、その性質が変わらない配列であり、方向性を知ることができない配列を意味する。
【0015】
本明細書において、用語「多中心（ｍｕｌｔｉｃｅｎｔｅｒ）」は、１つの粒子内において、複数の中心を有することを意味する。該多中心粒子は、粒子表面から粒子中心にリチウムイオンが移動しなければならない長さが短縮される。リチウムイオンの移動距離が短縮されるので、内部抵抗が低下し、充放電効率及び長寿命に有利な粒子構造になる。
【0016】
【0017】
本明細書において、「放射形」は、図２Ａ及び図２Ｂに図示されているように、シェル部が具備する一次粒子の長軸が、粒子状構造体の表面に垂直である方向、または垂直である方向と±３０°までの方向をなすように配列される形態を意味する。
【0018】
本明細書において、粒子の「大きさ」は、粒子が球形である場合、平均径を示し、粒子が非球型である場合には、平均長軸長を示す。平均粒径は平均粒径（Ｄ５０）であり、これは５０％での累積粒径分布に対応する粒径として定義され、これは試料の５０％がそれより下にある粒径を表す。粒子の大きさは、粒子サイズ分析機（ＰＳＡ：ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ａｎａｌｙｚｅｒ）を利用して測定することができる。
【0019】
本明細書において、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、または気孔の開口幅（ｏｐｅｎｉｎｇ ｗｉｄｔｈ）を意味する。該気孔が楕円形であるような非球形または非円形である場合、該気孔サイズは、平均長軸長を意味する
【0020】
本明細書において、用語「不規則多孔性気孔」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意味する。該不規則多孔性気孔を含むコア部は、シェル部と異なり、非定形粒子を含み、そのような非定形粒子は、シェル部と異なり、規則性なしに配列される。
【0021】
以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を指し、図面上において、各構成要素の大きさは、説明の明瞭さ及び便宜さのために誇張されている。また、以下で説明される実施例は、単に例示的なものに過ぎず、そのような実施例から、多様な変形が可能である。また、以下で説明する層構造において、「上部」や「上」と記載された表現は、接触して真上にあるものだけではなく、非接触で上にあるものも含む。
【0022】
一具現例によるリチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体は、粒子状構造体を複数個具備する二次粒子を含み、該粒子状構造体が、多孔性コア部、及び多孔性コア部上に放射形に配置される一次粒子を具備するシェル部を含み、該二次粒子は、複数の放射形中心を含む。
【0023】
図１を参照すれば、リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体は、複数の粒子状構造体１００を具備する二次粒子２００を含む。図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、粒子状構造体１００が、多孔性コア部１０、及び多孔性コア部１０上に放射形に配置される一次粒子３０を具備するシェル部２０を含む。図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、二次粒子２００は、複数の粒子状構造体１００を含み、１つの粒子状構造体１００は、１つの放射形中心を含む。従って、二次粒子２００は、複数の放射形中心を含む。
【0024】
図１、図２Ａ、及び図２Ｂを参照すれば、二次粒子２００が、複数の粒子状構造体１００の組立体として、複数の放射形中心を含むので、１つの粒子状構造体からなる一般的な二次粒子に比べ、充放電時のリチウムイオンの拡散距離が短縮される。従って、そのような二次粒子２００からなるニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、リチウムイオンの利用がさらに容易になる。また、粒子状構造体１００のコア部１０が多孔性であり、コア部１０上に、一次粒子３０が放射形に配置され、シェル部２０を構成するので、充放電時の一次粒子３０の体積変化を効果的に受容する。従って、充放電時、二次粒子２００の体積変化による二次粒子２００の亀裂を抑制する。
【0025】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、「シェル部２０」は、粒子状構造体１００の中心から表面までの総距離のうちの、最外郭から３０ないし５０長さ％、例えば、４０長さ％の領域、または粒子状構造体１００の表面から、２μｍ以内の領域を意味する。「コア部１０」は、粒子状構造体１００の中心から最外郭までの総距離のうち、中心から５０ないし７０長さ％、例えば、６０長さ％の領域、または粒子状構造体１００の表面から２μｍ以内の領域を除いた残り領域を意味する。粒子状構造体１００の中心は、例えば、粒子状構造体１００の幾何学的中心（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｃｅｎｔｅｒ）である。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、粒子状構造体１００が完全な球形に図示されているが、粒子状構造体１００は、球形に限定されるものではなく、球形または非球形である。非球形粒子状構造体１００は、例えば、楕円形、正六面体形、直方体計のような多様な形態を有することができるが、それらに限定されるものではない。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、粒子状構造体１００が完全な粒子形態を有するが、そのような粒子状構造体１００が複数個組み立てられて得られる図１の二次粒子２００においては、粒子状構造体１００の一部が、他の粒子状構造体と重複されることにより、粒子状構造体１００は、部分的な粒子形態を有する。
【0026】
図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、二次粒子２００は、多中心を有し、等方配列に配置される複数の粒子状構造体１００からなる。二次粒子２００が、複数の粒子状構造体１００を含み、粒子状構造体１００ごとに中心に該当する多孔性コア部１０を含むので、二次粒子２００は、多中心を有する。従って、ニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、二次粒子２００の内部の複数のそれぞれの中心から二次粒子２００の表面まで、リチウムイオンが移動する経路が短縮される。結果として、ニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、リチウムイオンの利用がさらに容易となる。また、ニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、二次粒子２００が含む複数の粒子状構造体１００が、一定方向性なしに配置される等方配列配置を有するので、二次粒子２００が配置される具体的な方向に係わりなく、均一なリチウムイオンの利用が可能である。図３を参照すれば、ニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、１つの粒子状構造体からなる二次粒子Ａにおいて、リチウムイオンの第１移動距離Ｌ１は、二次粒子の半径に該当するが、複数の粒子状構造体からなる二次粒子Ｂにおいて、リチウムイオンの第２移動距離Ｌ２は、粒子状構造体の半径に該当するので、第２移動距離Ｌ２が第１移動距離Ｌ１に比べてさらに短い。従って、ニッケル含量を増加させなくても、ニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、リチウムイオンの利用がさらに容易になり、放電容量が増加する。
【0027】
図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の長軸３１が二次粒子２００の表面の法線方向でもある。例えば、二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の長軸３１が、二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の（１００）面または（１１０）面の法線方向に配置される。二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の５０％以上、５０％ないし９０％、６０％ないし９０％、７０％ないし８０％において、一次粒子の長軸３１が二次粒子２００の表面の法線方向でもある。例えば、二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の５０％以上、５０％ないし９０％、６０％ないし９０％、７０％ないし８０％において、二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の長軸３１が、二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の（１００）面または（１１０）面の法線方向に配置される。二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の長軸３１が、二次粒子２００の表面の法線方向である場合、例えば、二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の長軸３１が、二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の（１００）面または（１１０）面の法線方向に配置される、あるいは二次粒子２００の表面を構成する一次粒子の長軸３１の方向が［１００］方向または［１１０］方向である場合、ニッケル系活物質と電解液との界面において、リチウム拡散が容易であり、ニッケル系活物質内部へのリチウムイオンの拡散も容易である。従って、そのような二次粒子２００からなるニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、リチウムイオンの利用がさらに容易になる。
【0028】
図１を参照すれば、二次粒子２００は、例えば、複数の粒子状構造体１００が組み立てられる形態により、球形または非球形である。二次粒子２００の最頻度粒子の球形化度は、０．８５０ないし０．９８０、または０．８８０ないし０．９５０である。そのような球形化度を有するニッケル系活物質前駆体、及びそこから得られるニッケル系活物質がそのような範囲の球形化度を有することにより、リチウムイオンの利用がさらに容易になる。
【0029】
図２Ｂを参照すれば、例示的な１つの一次粒子３０は、短軸と長軸とを有する非球形粒子である。短軸は、一次粒子３０の任意の両末端の距離が最も短い地点を連結した軸であり、長軸は、一次粒子３０の任意の両末端の距離が最長である地点を連結した軸である。一次粒子３０の短軸と長軸との比は、例えば、１：２ないし１：２０、１：３ないし１：２０、または１：５ないし１：１５である。一次粒子３０がそのような範囲の短軸と長軸との比を有することにより、ニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、リチウムイオンの利用がさらに容易になる。
【0030】
図２Ｂを参照すれば、一次粒子３０は、非球形粒子であり、例えば、プレート粒子（ｐｌａｔｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）を含む。該プレート粒子は、互いに離隔されて対向する２個の表面を有する粒子であり、２個の表面間の距離である厚みに比べ、表面の長さが長い。該プレート粒子の表面長は、表面を定義する２個の長さのうちさらに長い方の値である。表面を定義する２個の長さは、互いに異なっていても同じであってもよく、厚みに比べて大きい。該プレート粒子の厚みが短軸長であり、表面長が長軸長である。該プレート粒子が有する表面の形態は、三面体、四面体、五面体、六面体のような多面体であるか、あるいは円形、楕円形でもあるが、それらに限定されるものではなく、当該技術分野において、プレート粒子の表面形態として使用することができるものであるならば、いずれも可能である。該プレート粒子は、例えば、ナノディスク、四角形ナノシート、五角形ナノシート、六角形ナノシートである。該プレート粒子の具体的な形態は、二次粒子が製造される具体的な条件によっても異なる。該プレート粒子の対向する２個の表面が互いに平行ではなく、表面と側面との角度も、多様に変形され、表面と側面とのコーナーも、ラウンド状でもあり、表面及び側面が、それぞれ平面または曲面でもある。該プレート粒子の長軸が、粒子状構造体１００の多孔性コア１０部上に放射形に配列され、シェル部２０を構成する。該プレート粒子の短軸長と長軸長との比は、例えば、１：２ないし１：２０、１：３ないし１：２０、または１：５ないし１：１５である。例示的な１つのプレート粒子の平均厚は、１００ないし２５０ｎｍ、または１００ｎｍないし２００ｎｍで、平均表面長は、２５０ｎｍないし１，１００ｎｍ、または３００ｎｍないし１，０００ｎｍである。該プレート粒子の平均表面長は、平均厚対比で、２ないし１０倍である。該プレート粒子がそのような範囲の厚み、平均表面長、及びそれらの比率を有することにより、該プレート粒子が、多孔性コア部上に放射形に配置されることがさらに容易になり、結果として、該プレート粒子を含むニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、リチウムイオンの利用がさらに容易になる。
【0031】
図１を参照すれば、ニッケル系活物質前駆体において、二次粒子２００の大きさは、例えば、５μｍないし２５μｍ、または８μｍないし２０μｍである。二次粒子２００がそのような範囲の大きさを有することにより、ニッケル系活物質前駆体において、リチウムイオンの利用がさらに容易になる。図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、ニッケル系活物質前駆体において、粒子状構造体１００の大きさは、例えば、２μｍないし７μｍ、３μｍないし６μｍ、３μｍないし５μｍ、または３μｍないし４μｍである。粒子状構造体１００がそのような範囲の大きさを有することにより、複数の粒子状構造体１００が組み立てられて等方配列配置を有することが容易になり、ニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質において、リチウムイオンの利用がさらに容易になる。
【0032】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、粒子状構造体１００が含む多孔性コア部１０において、気孔の大きさは、１５０ｎｍないし１μｍ、１５０ｎｍないし５５０ｎｍ、または２００ｎｍないし８００ｎｍである。また、粒子状構造体１００が含むシェル部２０の気孔サイズは、１５０ｎｍ未満、１００ｎｍ以下、または２０ないし９０ｎｍである。粒子状構造体１００が含む多孔性コア部１０の気孔度（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）は、５ないし１５％、または５ないし１０％である。また、粒子状構造体１００が含むシェル部２０の気孔度は、１ないし５％、または１ないし３％である。粒子状構造体１００がそのような範囲の気孔サイズ及び気孔度を有することにより、ニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質の容量特性がすぐれる。例示的な１つの粒子状構造体１００において、シェル部２０の気孔度は、多孔性コア部１０の気孔度に比べて低く制御される。例えば、多孔性コア部１０における気孔サイズ及び気孔度は、シェル部２０における気孔サイズ及び気孔度に比べて大きくて不規則的に制御される。粒子状構造体１００の多孔性コア部１０及びシェル部２０での気孔度が、そのような範囲及び関係を満足するとき、シェル部２０の緻密度が、多孔性コア部１０比べて増大することにより、粒子状構造体１００と電解液との副反応が効果的に抑制される。
【0033】
例示的な１つの粒子状構造体１００において、多孔性コア部１０には、閉じた気孔が存在し、シェル部２０には、閉じた気孔及び／または開かれた気孔が存在する。閉じた気孔は、電解質などが含まれ難いのに比べ、開かれた気孔は、粒子状構造体１００の気孔内部に電解質などを含む。また、粒子状構造体１００の多孔性コア部１０には、不規則多孔性気孔が存在することができる。該不規則多孔性構造を含むコア部１０は、シェル部２０と同様に、プレート粒子を含み、コア部１０のプレート粒子は、シェル部２０と異なり、規則性なしに配列されている。
【0034】
前記ニッケル系活物質前駆体は、下記化学式１で表示される化合物でもある。
［化学式１］
Ｎｉ１－ｘ－ｙ－ｚＣｏｘＭｎｙＭｚ（ＯＨ）２
［化学式１］
Ｎｉ１－ｘ－ｙ－ｚＣｏｘＭｎｙＭｚ（ＯＨ）２
【0035】
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）、タングステン（Ｗ）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、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０＜１－ｘ－ｙ－ｚ＜１である。そのように、化学式１のニッケル系活物質前駆体においては、ニッケル含量は、コバルト含量に比べて多いか、あるいはそれと同じであり、ニッケル含量は、マンガン含量に比べて多いか、あるいはそれと同じである。前記化学式１において、０＜ｘ≦１／３、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．０５、１／３≦１－ｘ－ｙ－ｚ≦０．９５でもある。一具現例によれば、化学式１において、ｘは、０．１ないし０．３であり、ｙは、０．０５ないし０．３であり、ｚは、０でもある。
【0036】
前記ニッケル系活物質前駆体は、例えば、Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２、Ｎｉ０．７Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．１５（ＯＨ）２、Ｎｉ０．７Ｃｏ０．１Ｍｎ０．２（ＯＨ）２、Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３（ＯＨ）２、Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３（ＯＨ）２、Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１（ＯＨ）２またはＮｉ０．８５Ｃｏ０．１Ａｌ０．０５（ＯＨ）２でもある。
【0037】
他の一具現例によるニッケル系活物質前駆体の製造方法は、供給原料を第１供給速度で供給して撹拌し、前駆体シード（ｓｅｅｄ）を形成する第１段階と、前記第１段階で形成された前駆体シードに、供給原料を第２供給速度で供給して撹拌し、前駆体シードを成長させる第２段階と、前記第２段階で成長された前駆体シードに、供給原料を第３供給速度で供給して撹拌し、前駆体シード成長を調節する第３段階と、を含み、該供給原料は、錯化剤、ｐＨ調節剤及びニッケル系活物質前駆体形成用金属原料を含み、該ニッケル系活物質前駆体形成用金属原料の第２供給速度は、第１供給速度より速く、第３供給速度は、第２供給速度より速い。
【0038】
第１段階、第２段階及び第３段階において、該金属原料の供給速度を順次に上昇させることにより、前述の新たな構造を有するニッケル系活物質前駆体が得られる。第１段階、第２段階及び第３段階において、反応温度は、４０～６０℃であり、撹拌動力は、０．５～６．０ｋＷ／ｍ２であり、ｐＨは、１０ないし１２範囲であり、反応混合物が含む錯化剤の含量は、０．３ないし０．６Ｍ、例えば、０．３５ないし０．４５Ｍの範囲である。そのような範囲において、前述の構造にさらに符合するニッケル系活物質前駆体が得られる。撹拌動力は、撹拌速度に比例する。
【0039】
第１段階において、錯化剤及びｐＨ調節剤を含み、ｐＨが制御された水溶液を含む反応器に、金属原料、錯化剤を一定速度で投入しながらｐＨを制御し、前駆体シードを形成及び成長させる。第１段階において、前駆体粒子の成長速度が０．３０±０．０５μｍ／ｈｒでもある。第１段階において、反応混合物の撹拌動力は、１．５ｋＷ／ｍ２以上４ｋＷ／ｍ２以下、または３．０ｋＷ／ｍ２であり、ｐＨは、１０．０ないし１２．０範囲でもある。例えば、第１段階において、金属原料の供給速度は、０より大きいないし１０．０Ｌ／ｈｒ、例えば、５．０Ｌ／ｈｒであり、錯化剤の供給速度は、金属原料の投入速度対比で、０．１ないし０．６倍、例えば、０．１２倍である。反応混合物の温度は、４０ないし６０℃、例えば、５０℃であり、反応混合物のｐＨは、１０．５ないし１１．５０である。
【0040】
第２段階において、反応条件を変更し、第１段階で生成された前駆体シードを成長させる。第２段階において、前駆体シードの成長速度は、第１段階の前駆体シードの成長速度と同一でありか、あるいはそれより２０％以上増大させる。第２段階において、金属原料の供給速度は、第１段階の金属原料の供給速度と比較し、１．２倍以上、例えば、１．２倍ないし２．５倍であり、反応混合物での錯化剤濃度は、第１段階での錯化剤濃度を基準にし、０．０５Ｍ以上、例えば、０．０５ないし０．１５Ｍ増大されるように供給することができる。第２段階において、反応混合物の撹拌動力は、１ｋＷ／ｍ２以上３ｋＷ／ｍ２以下、または２．５ｋＷ／ｍ２であり、ｐＨは、１０．５ないし１１．０の範囲でもある。第２段階で得られる前駆体粒子の平均粒径（Ｄ５０）は、９ないし１２μｍ、例えば、約１０μｍでもある。
【0041】
第３段階において、前駆体シードに対して、粒子の成長速度を調節し、リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体を得る。第２段階において、前駆体粒子の平均粒径（Ｄ５０）が９ないし１２μｍ、例えば、約１０μｍに達すれば、第３段階を進める。第３段階においては、前駆体粒子の成長速度を第２段階より２倍以上、例えば、３倍以上増大させることができる。そのために、第２段階を経た反応器内部の反応生成物の一部を除去し、反応器内部において、反応生成物の濃度を希釈させる。反応器内部から除去された生成物は、他の反応器でも使用される。第３段階において、金属原料の供給速度は、第２段階の金属原料の供給速度と比較し、１．１倍以上、例えば、１．１倍ないし１．５倍であり、反応混合物での錯化剤濃度は、第２段階での錯化剤濃度と同一であるか、あるいは第２段階での錯化剤濃度を基準にし、０．０５Ｍ以上、例えば、０．０５ないし０．１５Ｍ増大されるように供給することができる。第３段階において、沈殿物が急速成長し、ニッケル系活物質前駆体が得られる。第３段階において、反応混合物の撹拌動力は、０．５ｋＷ／ｍ２以上２ｋＷ／ｍ２以下、または２ｋＷ／ｍ２であり、ｐＨは１０．５ないし１１の範囲でもある。
【0042】
該前駆体製造方法において、第１段階、第２段階及び第３段階に進むにつれ、金属原料の供給速度は、順次に増大することができる。例えば、金属原料の第２段階での供給速度は、第１段階での供給速度を基準に、１０ないし５０％増大し、第３段階での供給速度は、第２段階での供給速度を基準に、１０ないし５０％増大することができる。そのように、金属原料の供給速度を漸次増大させるにより、前述の構造にさらに符合するニッケル系活物質前駆体が得られる。
【0043】
前駆体製造方法において、金属原料は、ニッケル系活物質前駆体の組成を考慮し、それに対応する金属前駆体を利用することができる。該金属原料は、例えば、金属カーボネート、金属サルファイト、金属ナイトレート、金属クロリド、金属フッ化物などであるが、それらに限定されるものではなく、当該技術分野において、金属前駆体として使用されるものであるならば、いずれも可能である。ニッケル（Ｎｉ）含有化合物として、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル及びフッ化ニッケルからなる群から選択された１種以上を利用することができる。例えば、金属（Ｍ）含有化合物として、硫酸マンガン、硝酸マンガン、塩化マンガン、フッ化マンガン、硫酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト及びフッ化コバルトからなる群から選択された１種以上を利用することができる。
【0044】
前駆体製造方法において、第１段階、第２段階、第３段階に進むにつれ、反応器において、反応混合物の撹拌動力が順次に低下される。第１段階において撹拌動力は、１．５ｋＷ／ｍ２以上４ｋＷ／ｍ２以下であり、第２段階において撹拌動力は、１ｋＷ／ｍ２以上３ｋＷ／ｍ２以下であり、第３段階において撹拌動力は、０．５ｋＷ／ｍ２以上２ｋＷ／ｍ２以下でもある。そのように、撹拌動力が漸次低減されることにより、前述の構造にさらに符合するニッケル系活物質前駆体が得られる。また、該前駆体製造方法において、第１段階、第２段階、第３段階に進むにつれ、反応器において反応混合物の撹拌速度は、順次に低減される。そのように、撹拌速度が漸次低減されることにより、前述の構造にさらに符合するニッケル系活物質前駆体が得られる。
【0045】
前駆体製造方法において、第１段階、第２段階及び第３段階に進むにつれ、反応器において、反応混合物のｐＨは、維持されるか、あるいは順次低減される。例えば、第１段階ないし第３段階での反応混合物のｐＨは、反応温度が５０℃であるとき、１０．０ないし１１．５０の範囲でもある。例えば、第３段階での反応混合物のｐＨは、反応温度が５０℃であるとき、第１段階の反応混合物のｐＨと同一であるか、あるいは第１段階の反応混合物のｐＨに比べ、０．５ないし１．５、または０．５ないし１．０低い。例えば、反応温度５０℃において、第２段階での反応混合物のｐＨは、第１段階での反応混合物のｐＨと同一であるか、あるいは第１段階での反応混合物のｐＨに比べ、０．５ないし１．０低く、第３段階での反応混合物のｐＨは、第２段階での反応混合物のｐＨと同一であるか、あるいは第２段階での反応混合物のｐＨに比べ、０．３５ないし０．５５低い。そのように、反応混合物のｐＨが維持されるか、あるいは順次低減されることにより、前述の構造にさらに符合するニッケル系活物質前駆体が得られる。
【0046】
前駆体製造方法において、第２段階での反応混合物が含む錯化剤の濃度は、第１段階での反応混合物が含む錯化剤の濃度に比べ、上昇されるか、あるいは維持され、第３段階での反応混合物が含む錯化剤の濃度は、第２段階での反応混合物が含む錯化剤の濃度に比べ、上昇されるか、あるいは維持される。
【0047】
該ニッケル系活物質前駆体粒子の成長速度制御のために、粒子を成長させる金属原料の投入量を、第１段階対比で第２段階において、１５ないし３５％、例えば、約２５％上昇させ、第３段階においては、第２段階対比で、２０ないし３５％、例えば、約３３％上昇させることができる。また、第２段階においては、該錯化剤（ｅ．ｇ．， アンモニア水（水酸化アンモニウム））投入量を、第１段階の該錯化剤（ｅ．ｇ．， アンモニア水）投入量を基準にし、１０ないし３０％、例えば、約２０％増加させ、粒子の緻密度を上昇させることができる。
【0048】
ｐＨ調節剤は、反応器内部において、金属イオンの溶解度を低め、金属イオンが水酸化物として析出されるようにする役割を行う。該ｐＨ調節剤は、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）などである。ｐＨ調節剤は、例えば、水酸化ナトリウムである。
【0049】
錯化剤は、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う。該錯化剤は、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、クエン酸（ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ）、アクリル酸、酒石酸、グリコール酸などである。該錯化剤の含量は、一般的なレベルで使用される。該錯化剤は、例えば、アンモニア水である。
【0050】
他の一具現例によるニッケル系活物質は、前述のニッケル系活物質前駆体から得られる。該ニッケル系活物質は例えば、下記化学式２で表示される化合物である。
［化学式２］
Ｌｉａ（Ｎｉ１－ｘ－ｙ－ｚＣｏｘＭｎｙＭｚ）Ｏ２
［化学式２］
Ｌｉａ（Ｎｉ１－ｘ－ｙ－ｚＣｏｘＭｎｙＭｚ）Ｏ２
【0051】
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）、タングステン（Ｗ）、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、１．０≦ａ≦１．３、ｘ≦１－ｘ－ｙ－ｚ、ｙ≦１－ｘ－ｙ－ｚ、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０＜１－ｘ－ｙ－ｚ＜１でもある。
【0052】
化学式２で表示される化合物は、ニッケル含量がコバルト含量に比べて多く、ニッケル含量がマンガン含量に比べて多い。前記化学式２において、１．０≦ａ≦１．３、０＜ｘ≦１／３、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．０５、１／３≦（１－ｘ－ｙ－ｚ）≦０．９５でもある。
【0053】
化学式２でａは、例えば、１ないし１．１であり、ｘは、０．１ないし０．３であり、ｙは、０．０５ないし０．３であり、ｚは、０でもある。
【0054】
該ニッケル系活物質において、例えば、ニッケル含量は、遷移金属総含量を基準にし、３３モル％ないし９５モル％、例えば、５０ないし９０モル％、例えば、６０ないし８５モル％でもある。該遷移金属総含量は、前記化学式２において、ニッケル、コバルト、マンガン及びＭの総含量を示す。
【0055】
該ニッケル系活物質は、例えば、ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２、ＬｉＮｉ０．７Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．１５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．７Ｃｏ０．１Ｍｎ０．２Ｏ２、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２またはＬｉＮｉ０．８５Ｃｏ０．１Ａｌ０．０５Ｏ２でもある。
【0056】
該ニッケル系活物質は、リチウムが結晶構造内に配置され、水酸化物が酸化物に変更されたものを除いては、前述のニッケル系活物質前駆体と、実質的に類似／同一の粒子構造及び特性を有することができる。
【0057】
該ニッケル系活物質が含む二次粒子は、多中心を有し、等方配列に配置される複数の粒子状構造体からなるので、二次粒子表面から中心部までのリチウムイオン及び電子の移動距離が短くなるので、リチウムイオンの挿入、脱離が容易になり、電子の伝達が容易になる。また、該ニッケル系活物質が含む粒子状構造体は、多孔性コア部、及び多孔性コア部上に放射形に配置される一次粒子を具備することにより、充放電時、ニッケル系活物質の体積を効果的に受容するので、ニッケル系活物質のストレスが低減される。従って、前述のニッケル系活物質前駆体から得られるニッケル系活物質は、ニッケル含量を増加させなくても、同一組成対比で、容量特性にさらにすぐれる。
【0058】
ニッケル系活物質前駆体からニッケル系活物質を製造する方法は、特別に限定されるものではなく、例えば、乾式でもある。
【0059】
該ニッケル系活物質は、例えば、リチウム前駆体及びニッケル系活物質前駆体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）する段階を含んで製造することができる。
【0060】
該リチウム前駆体は、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。該リチウム前駆体と該ニッケル系活物質前駆体との混合比は、例えば、前記化学式２のニッケル系活物質を製造することができるように、化学量論的に調節される。
【0061】
該混合は、乾式混合でもあり、ミキサなどを利用して実施することができる。該乾式混合は、ミリングを利用して実施することができる。該ミリング条件は、特別に限定されるものではないが、出発物質として使用した前駆体の微粉化のような変形がほとんどないように実施することができる。ニッケル系活物質前駆体と混合するリチウム前駆体のサイズを事前に制御することができる。該リチウム前駆体のサイズ（平均粒径）は、５ないし１５μｍ、例えば、約１０μｍ範囲である。そのようなサイズを有するリチウム前駆体を、ニッケル系活物質前駆体と３００ないし３，０００ｒｐｍでミリングを実施することにより、要求される混合物を得ることができる。該ミ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。
【0062】
低温熱処理は、酸化性ガス雰囲気下で実施される。該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、酸素または空気の１０ないし２０体積％と、不活性ガス８０～９０体積％とからなる。該低温熱処理は、リチウム前駆体及びニッケル系活物質前駆体の反応が進められながら、緻密化温度以下の範囲で実施することができる。該緻密化温度は、結晶化が十分になされ、活物質が提供する充電容量を具現することができる温度である。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時間である。
【0063】
該ニッケル系活物質の製造方法は、低温熱処理後、反応器内部からの排気を抑制し、酸化性ガス雰囲気で遂行される二次熱処理（高温熱処理）段階を追加することができる。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時間である。
【0064】
他の一具現例によるリチウム二次電池は、前述のリチウム二次電池用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。
【0065】
リチウム二次電池の製造方法は、特別に限定されるものではなく、当該技術分野で使用される方法であるならば、いずれも可能である。該リチウム二次電池は、例えば、下記の方法によっても製造される。
【0066】
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作製される。
【0067】
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、一具現例による正極活物質を利用する。
【0068】
該バインダは、活物質と導電剤などとの結合、及び活物質において、集電体に対する結合の助けとなる成分であり、正極活物質の総重量１００重量部を基準に、０．５ないし５０重量部で添加される。そ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、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、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などを挙げることができる。
【0069】
該導電剤は、正極活物質の総重量１００重量部を基準にし、０．５ないし５０重量部を使用する。該導電剤としては、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、サーマルブラックのようなカーボン系物質；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。
【0070】
該溶媒の含量は、正極活物質の総重量１００重量部を基準にし、１０ないし３００重量部を使用する。該溶媒の含量が前記範囲であるとき、正極活物質層を形成するための作業が容易である。該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。
【0071】
前述のバインダ、導電剤及び溶媒の含量は、一般的なレベルである。
【0072】
該正極集電体は、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を、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。
【0073】
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。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。
【0074】
該バインダは、負極活物質の総重量１００重量部を基準に、０．５ないし５０重量部で添加される。そのようなバインダの非制限的な例は、正極と同一種類を使用することができる。
【0075】
該導電剤は、負極活物質の総重量１００重量部を基準にし、０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、最終的に得られる電極の伝導度特性にすぐれる。例えば、導電性の良好な黒鉛を負極活物質として用いる場合には、負極活物質層において導電剤を省略してもよい。
【0076】
該溶媒の含量は、負極活物質の総重量１００重量部を基準にし、１０ないし３００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。該溶媒の非制限的な例として、水、Ｎ－メチルピロリドンなどを使用する。
【0077】
前述の導電剤及び溶媒は、正極製造時と同一種類の物質を使用することができる。
【0078】
該負極集電体としては、一般的に、３ないし５００μｍ厚に作られる。そ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を、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、不織布体のように、多様な形態でも使用される。
【0079】
そのような過程によって作製された正極と負極との間に分離膜を介在させる。
【0080】
該分離膜は、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、またはガラスファイバで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、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。
【0081】
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。
【0082】
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、Ｎ，Ｎ－ホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、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陽子性有機溶媒が使用される。
【0083】
該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。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。
【0084】
該リチウム塩は、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、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、（ＦＳＯ２）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およびイミドなどが使用される。
【0085】
図４は、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。
【0086】
図４を参照すれば、リチウム二次電池１は、正極３、負極２及び分離膜４を含む。前述の正極３、負極２及び分離膜４が巻き取られたり折り畳まれたりし、電池ケース５に収容される。次に、前記電池ケース５に有機電解液が注入され、キャップ（ｃａｐ）アセンブリ６に密封され、リチウム二次電池１が完成される。前記電池ケース５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１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。
【0087】
正極と負極との間に分離膜が配置され、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、得られた結果物がパウ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、複数個積層されて電池パックを形成し、そ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、電気車両（ＥＶ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）などにも使用される。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すぐれるので、電気車両に使用される。例えば、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：ｐｌｕｇ－ｉｎ ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）などのハイブリッド車にも使用される。
【0088】
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、それらだけに限定されるものではない。
【0089】
製造例１：ニッケル系活物質前駆体の製造（６：２：２）：３ステップ方法
共浸法を介して、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を合成した。下記製造過程において、ニッケル系活物質前駆体を形成する金属原料としては、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解させて混合溶液を準備した。また、錯化合物形成のために、アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）と、沈澱剤としての水酸化ナトリウムと、を準備した。
共浸法を介して、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を合成した。下記製造過程において、ニッケル系活物質前駆体を形成する金属原料としては、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解させて混合溶液を準備した。また、錯化合物形成のために、アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）と、沈澱剤としての水酸化ナトリウムと、を準備した。
【0090】
１段階：供給速度５．０Ｌ／ｈｒ、撹拌動力１．５ｋＷ／ｍ
３
、ＮＨ
４
ＯＨ ０．３５Ｍ、ｐＨ１０．５～１１．０
撹拌器が装着された反応器に、濃度が０．３５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）であるアンモニア水を入れた。撹拌動力１．５ｋＷ／ｍ３、反応温度５０℃を維持しながら、２ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を５．０Ｌ／ｈｒで、０．３５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を０．５３Ｌ／ｈｒで投入した。次に、水酸化ナトリウムを、ｐＨ維持のために投入した。反応器内の反応混合物のｐＨは、１０．５～１１．０に維持した。そのようなｐＨ範囲で、６時間撹拌し、第１段階反応を実施した。
撹拌器が装着された反応器に、濃度が０．３５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）であるアンモニア水を入れた。撹拌動力１．５ｋＷ／ｍ３、反応温度５０℃を維持しながら、２ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を５．０Ｌ／ｈｒで、０．３５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を０．５３Ｌ／ｈｒで投入した。次に、水酸化ナトリウムを、ｐＨ維持のために投入した。反応器内の反応混合物のｐＨは、１０．５～１１．０に維持した。そのようなｐＨ範囲で、６時間撹拌し、第１段階反応を実施した。
【0091】
２段階：供給速度６．５Ｌ／ｈｒ、撹拌動力１．０ｋＷ／ｍ
３
、ＮＨ
４
ＯＨ ０．４０Ｍ、ｐＨ１０．５～１１．０
反応を始めて５時間後、反応器内撹拌動力を１．０ｋＷ／ｍ３に低下させ、反応温度５０℃を維持しながら、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を６．５Ｌ／ｈｒ、０．４０ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を０．７７Ｌ／ｈｒで投入した。反応器内の反応混合物のｐＨを１０．５～１１．０に維持した。反応器内粒子の平均粒径Ｄ５０がおよそ１１μｍに達するまで１６時間撹拌し、第２段階反応を進めた。
反応を始めて５時間後、反応器内撹拌動力を１．０ｋＷ／ｍ３に低下させ、反応温度５０℃を維持しながら、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を６．５Ｌ／ｈｒ、０．４０ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を０．７７Ｌ／ｈｒで投入した。反応器内の反応混合物のｐＨを１０．５～１１．０に維持した。反応器内粒子の平均粒径Ｄ５０がおよそ１１μｍに達するまで１６時間撹拌し、第２段階反応を進めた。
【0092】
３段階：供給速度８．５０Ｌ／ｈｒ、撹拌動力０．５ｋＷ／ｍ
３
、ＮＨ
４
ＯＨ ０．４０Ｍ、ｐＨ１０．５～１１．０
第２段階反応を実施した後、反応器内粒子の平均粒径（Ｄ５０）が、およそ１１μｍに達すれば、反応器内撹拌動力を０．５ｋＷ／ｍ３に低下させ、反応温度約５０℃を維持しながら、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を８．５０Ｌ／ｈｒ、０．４０ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を１．０３Ｌ／ｈｒで投入し、ＮａＯＨは、ｐＨ維持のために投入した。反応器内の溶液のｐＨは、１０．５～１１．０に維持した。そのようなｐＨ範囲で５時間撹拌し、第３段階反応を実施した。次に、反応器内のスラリー溶液を濾過し、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、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を得た。
第２段階反応を実施した後、反応器内粒子の平均粒径（Ｄ５０）が、およそ１１μｍに達すれば、反応器内撹拌動力を０．５ｋＷ／ｍ３に低下させ、反応温度約５０℃を維持しながら、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を８．５０Ｌ／ｈｒ、０．４０ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を１．０３Ｌ／ｈｒで投入し、ＮａＯＨは、ｐＨ維持のために投入した。反応器内の溶液のｐＨは、１０．５～１１．０に維持した。そのようなｐＨ範囲で５時間撹拌し、第３段階反応を実施した。次に、反応器内のスラリー溶液を濾過し、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、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を得た。
【0093】
製造例２：ニッケル系活物質前駆体の製造（７：１．５：１．５）
製造例１において、金属原料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）の６：２：２モル比の代わりに、７：１．５：１．５モル比になるように、混合溶液を準備し、下記のような方法により、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．７Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．１５（ＯＨ）２）を合成した。
製造例１において、金属原料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）の６：２：２モル比の代わりに、７：１．５：１．５モル比になるように、混合溶液を準備し、下記のような方法により、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．７Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．１５（ＯＨ）２）を合成した。
【0094】
１段階：供給速度５．０Ｌ／ｈｒ、撹拌動力３．０ｋＷ／ｍ
３
、ＮＨ
４
ＯＨ ０．３５Ｍ、ｐＨ１１．０～１１．５
撹拌器が装着された反応器に、濃度が０．３５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）であるアンモニア水を入れた。撹拌動力３．０ｋＷ／ｍ３、反応温度５０℃を維持しながら、２ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を５．０Ｌ／ｈｒで、０．３５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を０．５３Ｌ／ｈｒで投入した。次に、水酸化ナトリウムを、ｐＨ維持のために投入した。反応器内の反応混合物のｐＨは、１１．０～１１．５に維持した。そのようなｐＨ範囲で６時間撹拌し、第１段階反応を実施した。
撹拌器が装着された反応器に、濃度が０．３５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）であるアンモニア水を入れた。撹拌動力３．０ｋＷ／ｍ３、反応温度５０℃を維持しながら、２ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を５．０Ｌ／ｈｒで、０．３５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を０．５３Ｌ／ｈｒで投入した。次に、水酸化ナトリウムを、ｐＨ維持のために投入した。反応器内の反応混合物のｐＨは、１１．０～１１．５に維持した。そのようなｐＨ範囲で６時間撹拌し、第１段階反応を実施した。
【0095】
２段階：供給速度６．５０Ｌ／ｈｒ、撹拌動力２．５ｋＷ／ｍ
３
、ＮＨ
４
ＯＨ ０．４０Ｍ、ｐＨ１０．５～１１．００
第１段階反応を始めて６時間後、反応器内撹拌動力を２．５ｋＷ／ｍ３に低下させ、反応温度５０℃を維持しながら、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を６．５０Ｌ／ｈｒ、０．４０ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を０．７７Ｌ／ｈｒで投入した。反応器内の反応混合物のｐＨは、１０．５～１１．０に維持した。反応器内粒子の平均粒径Ｄ５０がおよそ１０μｍに達するまで１６時間撹拌し、第２段階反応を進めた。
第１段階反応を始めて６時間後、反応器内撹拌動力を２．５ｋＷ／ｍ３に低下させ、反応温度５０℃を維持しながら、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を６．５０Ｌ／ｈｒ、０．４０ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を０．７７Ｌ／ｈｒで投入した。反応器内の反応混合物のｐＨは、１０．５～１１．０に維持した。反応器内粒子の平均粒径Ｄ５０がおよそ１０μｍに達するまで１６時間撹拌し、第２段階反応を進めた。
【0096】
３段階：供給速度８．５０Ｌ／ｈｒ、撹拌動力２．０ｋＷ／ｍ
３
、ＮＨ
４
ＯＨ ０．４５Ｍ、ｐＨ１０．５～１１．０
第２段階反応を実施した後、反応器内粒子の平均粒径（Ｄ５０）がおよそ１０μｍに達すれば、反応器内撹拌動力を２．０ｋＷ／ｍ３で低下させ、反応温度約５０℃を維持しながら、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を８．５０Ｌ／ｈｒ、０．４５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を１．１５Ｌ／ｈｒで投入し、ＮａＯＨは、ｐＨ維持のために投入した。反応器内の反応混合物のｐＨは、１０．５～１１．０に維持した。そのようなｐＨ範囲で６時間撹拌し、第３段階反応を実施した。次に、反応器内のスラリー溶液を濾過し、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、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．７Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．１５（ＯＨ）２）を得た。
第２段階反応を実施した後、反応器内粒子の平均粒径（Ｄ５０）がおよそ１０μｍに達すれば、反応器内撹拌動力を２．０ｋＷ／ｍ３で低下させ、反応温度約５０℃を維持しながら、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を８．５０Ｌ／ｈｒ、０．４５ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を１．１５Ｌ／ｈｒで投入し、ＮａＯＨは、ｐＨ維持のために投入した。反応器内の反応混合物のｐＨは、１０．５～１１．０に維持した。そのようなｐＨ範囲で６時間撹拌し、第３段階反応を実施した。次に、反応器内のスラリー溶液を濾過し、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、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．７Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．１５（ＯＨ）２）を得た。
【0097】
比較製造例１：ニッケル系活物質前駆体の製造（６：２：２）：１ステップ方法
下記比較製造過程において、ニッケル系活物質前駆体を形成する金属原料としては、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解させて混合溶液を準備し、錯化合物形成のために、アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）と、沈澱剤としての水酸化ナトリウムとを準備した。
下記比較製造過程において、ニッケル系活物質前駆体を形成する金属原料としては、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解させて混合溶液を準備し、錯化合物形成のために、アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）と、沈澱剤としての水酸化ナトリウムとを準備した。
【0098】
撹拌器が装着された反応器に、濃度が０．５０ｍｏｌ／Ｌであるアンモニア水を付加し、撹拌速度１．５ｋＷ、反応温度５０℃を維持しながら、２ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）を６．００Ｌ／ｈｒ、０．５０ｍｏｌ／Ｌ（Ｍ）で、アンモニア水を１．４Ｌ／ｈｒの速度で同時に投入し、ＮａＯＨは、ｐＨ維持のために投入した。反応器内の反応混合物は、ｐＨ１１．４～１１．６に維持した。そのようなｐＨ範囲で３３時間撹拌した後、反応が定常状態になれば、オーバーフロー（ｏｖｅｒｆｌｏｗ）される反応結果物を収集した。
【0099】
収集された反応結果物を洗浄した後、１５０℃で、２４時間熱風乾燥を実施し、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を製造した。
【0100】
比較製造例２：ニッケル系活物質前駆体の製造
製造例１において、第２段階で金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）の供給速度を６．５０Ｌ／ｈｒの代わりに、４．５０Ｌ／ｈｒにし、反応器内部のアンモニア水濃度を、０．４０ｍｏｌ／Ｌから０．３０ｍｏｌ／Ｌになるようにしたことを除いては、製造例１と同一方法により、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を製造した。しかし、第２段階において、多量の微粉が発生し、粒子サイズをそれ以上成長させることができなかった。
製造例１において、第２段階で金属原料（硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの混合溶液）の供給速度を６．５０Ｌ／ｈｒの代わりに、４．５０Ｌ／ｈｒにし、反応器内部のアンモニア水濃度を、０．４０ｍｏｌ／Ｌから０．３０ｍｏｌ／Ｌになるようにしたことを除いては、製造例１と同一方法により、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を製造した。しかし、第２段階において、多量の微粉が発生し、粒子サイズをそれ以上成長させることができなかった。
【0101】
比較製造例３：ニッケル系活物質前駆体の製造
製造例１において、第２段階において、撹拌動力を、１．０ｋＷ／ｍ３の代わりに、３．０ｋＷ／ｍ３にしたことを除いては、製造例１と同一方法により、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を製造した。しかし、第２段階において、多量の微粉が発生し、粒子サイズをそれ以上成長させることができなかった。
製造例１において、第２段階において、撹拌動力を、１．０ｋＷ／ｍ３の代わりに、３．０ｋＷ／ｍ３にしたことを除いては、製造例１と同一方法により、ニッケル系活物質前駆体（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）を製造した。しかし、第２段階において、多量の微粉が発生し、粒子サイズをそれ以上成長させることができなかった。
【0102】
実施例１：ニッケル系活物質の製造
製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）及び水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）を、乾式で１：１モル比で混合し、それに対して、酸素雰囲気で約７００℃で６時間熱処理を実施し、ニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）を得た。そのように得たニッケル系活物質の内部は、多孔性構造を有し、外部は、放射形配列構造を有した。そのようなニッケル系活物質に対し、空気雰囲気で約８００℃で６時間熱処理を実施し、一次粒子の放射形中心を、少なくとも２個以上分散させ、一次粒子凝集体が多中心等方配列に配置された二次粒子を含むニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）を得た。
製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体である複合金属ヒドロキシド（Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２）及び水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）を、乾式で１：１モル比で混合し、それに対して、酸素雰囲気で約７００℃で６時間熱処理を実施し、ニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）を得た。そのように得たニッケル系活物質の内部は、多孔性構造を有し、外部は、放射形配列構造を有した。そのようなニッケル系活物質に対し、空気雰囲気で約８００℃で６時間熱処理を実施し、一次粒子の放射形中心を、少なくとも２個以上分散させ、一次粒子凝集体が多中心等方配列に配置された二次粒子を含むニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）を得た。
【0103】
実施例２：ニッケル系活物質の製造
製造例１のニッケル系活物質前駆体の代わりに、製造例２のニッケル系活物質前駆体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、ニッケル系活物質を製造した。
製造例１のニッケル系活物質前駆体の代わりに、製造例２のニッケル系活物質前駆体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、ニッケル系活物質を製造した。
【0104】
比較例１：ニッケル系活物質の製造
製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体の代わりに、比較製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体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、ニッケル系活物質を製造した。
製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体の代わりに、比較製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体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、ニッケル系活物質を製造した。
【0105】
製作例１：コインセル（ｃｏｉｎ ｃｅｌｌ）製造
正極活物質として、実施例１によって得たニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）を利用し、コインセルを次のように製造した。
正極活物質として、実施例１によって得たニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）を利用し、コインセルを次のように製造した。
【0106】
実施例１によって得たニッケル系活物質（ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２）９６ｇ、ポリフッ化ビニリデン２ｇ、及び溶媒であるＮ－メチルピロリドン４７ｇ、導電剤であるカーボンブラック２ｇの混合物を、ミキサ機を利用して気泡を除去し、均一に分散された正極活物質層形成用スラリーを製造した。
【0107】
前記過程によって製造されたスラリーを、ドクターブレードを使用し、アルミニウム箔上にコーティングし、薄い極板状に作った後、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作製した。
【0108】
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、２０３２タイプのコインセルを製造した。前記正極とリチウム金属対極の間には多孔質ポリエチレン（ＰＥ）フィルムからなる分離膜（厚み：約１６μｍ）を介在して、電解液を入れ込んで２０３２タイプコインセルを作製した。前記電解液として、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の体積比で混合された溶媒に溶解された１．１Ｍ ＬｉＰＦ６が含まれた溶液を使用した。
【0109】
製作例２：コインセル製造
実施例１のニッケル系活物質の代わりに、実施例２のニッケル系活物質を使用したことを除いては、製作例１と同一方法によって実施し、コインセルを製造した。
実施例１のニッケル系活物質の代わりに、実施例２のニッケル系活物質を使用したことを除いては、製作例１と同一方法によって実施し、コインセルを製造した。
【0110】
比較製作例１：コインセル製造
実施例１のニッケル系活物質の代わりに、比較例１のニッケル系活物質を使用したことを除いては、製作例１と同一方法によって実施し、コインセルを作製した。
実施例１のニッケル系活物質の代わりに、比較例１のニッケル系活物質を使用したことを除いては、製作例１と同一方法によって実施し、コインセルを作製した。
【0111】
評価例１：電子走査顕微鏡（ＳＥＭ）分析
製造例１、製造例２及び比較製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体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、マゼラン４００Ｌ（ｍａｇｅｌｌａｎ ４００Ｌ、ＦＥＩ社）を利用し、サンプル断面は、ＪＥＯＬ社のＣＰ２を利用し、６ｋＶ、１５０μＡ、４時間ミリングして前処理を実施した。そして、該電子走査顕微鏡分析は、３５０Ｖ条件で実施した。
製造例１、製造例２及び比較製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体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、マゼラン４００Ｌ（ｍａｇｅｌｌａｎ ４００Ｌ、ＦＥＩ社）を利用し、サンプル断面は、ＪＥＯＬ社のＣＰ２を利用し、６ｋＶ、１５０μＡ、４時間ミリングして前処理を実施した。そして、該電子走査顕微鏡分析は、３５０Ｖ条件で実施した。
【0112】
ＳＥＭ分析結果によれば、図５及び図６に示すように、製造例１及び製造例２によって製造されたニッケル系活物質前駆体において、二次粒子がそれぞれ３個あるいは４個の放射形中心を含む多中心構造であった。粒子状構造体が、多孔性コア部と、多孔性コア部上に一次粒子が放射形に配列した構造を含むシェル部と、を有し、複数の粒子状構造体がそれぞれ含む放射形中心が等方配列されることにより、ニッケル系活物質前駆体の二次粒子をなしていることを確認した。しかし、比較製造例１のニッケル系活物質前駆体は、１つの二次粒子が１つの中心のみを含んでいる。
【0113】
製造例１、製造例２及び比較製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体を一部破断し、その断面に対するＳＥＭ分析を実施した。該分析結果、製造例１及び製造例２のニッケル系活物質前駆体において、一次粒子がプレート粒子を含むということを確認した。
【0114】
評価例２：組成分析
製造例１、製造例２及び比較製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体の組成を、誘導結合プラズマ分光法（ＩＣＰ）を利用して分析し、その結果を下記表１に示した。
製造例１、製造例２及び比較製造例１によって製造されたニッケル系活物質前駆体の組成を、誘導結合プラズマ分光法（ＩＣＰ）を利用して分析し、その結果を下記表１に示した。
【0115】
【表1】
【0116】
表１から分かるように、製造例１及び比較製造例１のニッケル系活物質前駆体は、Ｎｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２（ＯＨ）２の組成を有し、製造例２のニッケル系活物質前駆体は、Ｎｉ０．７Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．１５（ＯＨ）２の組成を有するということを確認した。
【0117】
評価例３：初期充放電効率（Ｉ．Ｃ．Ｅ：ｉｎｉｔｉａｌ ｃｈａｒｇｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）
【0118】
製作例１，２及び比較製作例１によって製造されたコインセルに対し、２５℃で、０．１Ｃで１回充放電を実施し、化成（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を進めた。次に、０．１Ｃで充放電を１回実施し、初期充放電特性を確認した。充電時には、ＣＣ（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）モードで始め、その後、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し、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。下記数式１により、初期充放電効率（Ｉ．Ｃ．Ｅ）を測定して表２に示した。
［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
［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
【0119】
【表2】
【0120】
表２から分かるように、製作例１及び製作例２によって製造されたコインセルは、比較製作例１の場合と比較し、０．１Ｃで充放電効率（初期特性）が向上された。
【0121】
評価例４：充放電特性（律速性能）
製作例１、製作例２及び比較製作例１によって製造されたコインセルに対し、定電流（０．２Ｃ）及び定電圧（４．３Ｖ、０．０５Ｃカットオフ）の条件で充電させた後、１０分間休止（ｒｅｓｔ）させ、１回目サイクルから９回目サイクルまで、各サイクルごとに放電時に、定電流条件下で、電流量をそれぞれ０．１Ｃ、０．１Ｃ、０．１Ｃ、０．２Ｃ、０．３３Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ及び３Ｃに変更しながら、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、放電速度を、それぞれ０．１Ｃ、０．１Ｃ、０．１Ｃ、０．２Ｃ、０．３３Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ及び３Ｃに増大させることにより、コインセルの高率放電特性（ｒａｔｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を評価した。下記数式２により、高率放電特性を測定して表３に示した。
［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とき（３回目サイクル）の放電容量）×１００
製作例１、製作例２及び比較製作例１によって製造されたコインセルに対し、定電流（０．２Ｃ）及び定電圧（４．３Ｖ、０．０５Ｃカットオフ）の条件で充電させた後、１０分間休止（ｒｅｓｔ）させ、１回目サイクルから９回目サイクルまで、各サイクルごとに放電時に、定電流条件下で、電流量をそれぞれ０．１Ｃ、０．１Ｃ、０．１Ｃ、０．２Ｃ、０．３３Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ及び３Ｃに変更しながら、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、放電速度を、それぞれ０．１Ｃ、０．１Ｃ、０．１Ｃ、０．２Ｃ、０．３３Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ及び３Ｃに増大させることにより、コインセルの高率放電特性（ｒａｔｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を評価した。下記数式２により、高率放電特性を測定して表３に示した。
［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とき（３回目サイクル）の放電容量）×１００
【0122】
【表3】
【0123】
表３から分かるように、製作例１及び製作例２によって製造されたコインセルは、比較製作例１の場合と比較し、優れた非容量を持ち、同様の高率特性高率放電特性を示した。
【0124】
評価例５：高温寿命特性
製作例１、製作例２及び比較製作例１によって製造されたコインセルにおいて、高温寿命を次のように評価した。まず、０．１Ｃで１回充放電を実施して化成を進めた。次に、０．１Ｃで充放電を１回実施し、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、サイクル特性を測定した。充電時には、ＣＣモードで始め、その後、ＣＶ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し、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。その測定結果を表４に示した。
製作例１、製作例２及び比較製作例１によって製造されたコインセルにおいて、高温寿命を次のように評価した。まず、０．１Ｃで１回充放電を実施して化成を進めた。次に、０．１Ｃで充放電を１回実施し、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、サイクル特性を測定した。充電時には、ＣＣモードで始め、その後、ＣＶ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し、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。その測定結果を表４に示した。
【0125】
【表4】
【0126】
表４に示された製作例１及び製作例２によって製造されたコインセルは、比較製作例１の場合と比較し、優秀な高温寿命特性を示した。
【産業上の利用可能性】
【0127】
本発明の、リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体、その製造方法、それから形成されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質、及びそれを含む正極を含む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】
【0128】
１ リチウム電池
２ 負極
３ 正極
４ 分離膜
５ 電池ケース
６ キャップアセンブリ
１０ コア部
２０ シェル部
３０ 一次粒子
３１ 一次粒子の長軸
１００ 粒子状構造体
２００ 二次粒子
２ 負極
３ 正極
４ 分離膜
５ 電池ケース
６ キャップアセンブリ
１０ コア部
２０ シェル部
３０ 一次粒子
３１ 一次粒子の長軸
１００ 粒子状構造体
２００ 二次粒子
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
