DE102021128305A1 - Verfahren zur herstellung eines kathodenaktivmaterials, kathodenaktivmaterial und verfahren zur herstellung einer lithium-ionen-batterie - Google Patents

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Abstract

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt in der Bereitstellung eines Kathodenaktivmaterials mit hervorragenden Kapazitätseigenschaften. Die vorliegende Offenbarung erfüllt diese Aufgabe durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials, das eine O2-Typ-Struktur umfasst, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst: einen Herstellungsschritt, bei dem ein Übergangsmetalloxid, das Na enthält und eine P2-Typ-Struktur umfasst, hergestellt wird; und einen Ionenaustauschschritt, bei dem ein Na-Ion, das in dem Übergangsmetalloxid enthalten ist, durch ein Li-Ion, ausgetauscht wird; wobei die Temperatur für den Ionenaustausch 350 °C oder mehr und 600 °C oder weniger beträgt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials, ein Kathodenaktivmaterial und ein Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie.
  • Stand der Technik
  • Mit der Miniaturisierung von persönlichen Rechnern, Videokameras, Mobiltelefonen usw. fanden Lithium-Sekundärbatterien den praktischen Einsatz in den Bereichen von Informationsbezogener Ausrüstung und Kommunikationsausrüstung und wurden wegen ihrer hohen Energiedichte weithin als Stromquellen für diese Ausrüstung verwendet. Auf der anderen Seite ist im Automobilbereich die Entwicklung von Batterie-Elektrofahrzeugen aufgrund von Umwelt- und Ressourcenproblemen dringend erforderlich, und Lithium-Sekundärbatterien werden als eine Energiequelle für diese Batterie-Elektrofahrzeuge untersucht.
  • Als ein Kathodenaktivmaterial in einer Batterie sind verschiedene Oxide bekannt. Herkömmlicherweise wurde eine Schichtverbindung, welche eine O3-Typ-Struktur umfasst, als Kathodenaktivmaterial verwendet. In der Schichtverbindung, welche eine O3-Typ-Struktur umfasst, kann eine Kristallstruktur unter Hochpotentialbedingungen wie etwa 4,4 V oder mehr verändert werden. Infolgedessen existiert das Problem, dass sich die Instandhaltungskapazitätsrate verschlechtert, wenn ein Lade- und Entladezyklus unter der Hochpotentialbedingung wiederholt wird.
  • Vor dem obigen Hintergrund ist zum Beispiel, wie in der Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2 offenbart, ein Verfahren bekannt um ein geschichtetes Kathodenaktivmaterial, welches eine O2-Typ-Struktur umfasst, zu synthetisieren, indem Na-Ionen eines Na-dotierten Vorläufers, welcher eine P2-Typ-Struktur umfasst, mit Li-Ionen ausgetauscht werden. Nicht-Patentliteratur 1 beschreibt auch, dass eine fehlerhafte Stapelstruktur nicht gebildet werden würde, wenn ein geschichtetes Kathodenaktivmaterial mit der O2-Typ-Struktur durch ein allgemeines Verfahren synthetisiert wird.
  • Literaturangabe
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Veröffentlichte Japanische Patentanmeldung (JP-A) Nr. 2014-186937
    • Patentliteratur 2: JP-A Nr. 2010-92824
  • Nicht-Patentliteratur
  • Nicht-Patentliteratur 1: F. Tournadre, et al., J. Solid State Chem. 177 (2004) 2803-2809.
  • Überblick über die Offenbarung
  • Technische Aufgabe
  • Unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Leistung einer Batterie besteht Bedarf für ein Kathodenaktivmaterial mit hervorragenden Kapazitätseigenschaften. Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht und eine Hauptaufgabe davon ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials mit hervorragenden Kapazitätseigenschaften bereitzustellen.
  • Lösung der Aufgabe
  • Um die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials, welches eine O2-Typ-Struktur umfasst, bereit, wobei das Verfahren umfasst: einen Herstellungsschritt, bei dem ein Übergangsmetalloxid, das Na enthält und eine P2-Typ-Struktur umfasst, hergestellt wird; und einen Ionenaustauschschritt, bei dem ein Na-Ion, das in dem Übergangsmetalloxid enthalten ist, mit einem Li-Ion ausgetauscht wird; wobei die Temperatur für den Ionenaustausch 350°C oder mehr und 600°C oder weniger beträgt.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der Ionenaustausch in einem Temperaturbereich von 350°C oder mehr und 600°C oder weniger durchgeführt, und somit kann ein Kathodenaktivmaterial mit hervorragenden Kapazitätseigenschaften erhalten werden.
  • In der Offenbarung kann das Kathodenaktivmaterial eine Zusammensetzung umfassen, die durch LipMnxNiyCozM(1-x-y-z)O2 repräsentiert wird, mit der Maßgabe, dass x, y, z 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 < x + y + z ≤ 1 erfüllen, p 0,5 ≤ p ≤ 1 erfüllt und M mindestens eines von Al, Fe, Mg, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn, Nb und Mo ist.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie bereit, wobei das Verfahren umfasst: einen Syntheseschritt, bei dem ein Kathodenaktivmaterial durch das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Kathodenaktivmaterials erhalten wird; und einen Kathodenschichtbildungsschritt, bei dem eine Kathodenschicht unter Verwendung des Kathodenaktivmaterials gebildet wird.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird das durch das oben beschriebene Verfahren hergestellte Kathodenaktivmaterial verwendet, und somit kann eine Lithium-Ionen-Batterie mit hervorragenden Kapazitätseigenschaften erhalten werden.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Kathodenaktivmaterial, das eine O2-Typ-Struktur umfasst, bereit, wobei die O2-Typ-Struktur eine turbostratische Struktur enthält.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es die O2-Typ-Struktur, die eine turbostratische Struktur enthält, einem Kathodenaktivmaterial hervorragende Kapazitätseigenschaften zu haben.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Offenbarung
  • Die vorliegende Offenbarung hat die Wirkung, dass ein Kathodenaktivmaterial mit hervorragenden Kapazitätseigenschaften bereitgestellt wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für das Verfahren zur Herstellung des Kathodenaktivmaterials in der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die O2-Typ-Struktur in der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 3 ist eine Zeichnung zur Erläuterung eines reziproken Gitters in der turbostratischen Struktur.
    • 4 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Lithium-Ionen-Batterie in der vorliegenden Offenbarung.
    • 5 ist das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung für ein in Beispiel 1 hergestelltes Kathodenaktivmaterial.
    • 6 ist das Ergebnis einer Elektronenstrahlbeugungsmessung für ein in Beispiel 1 hergestelltes Kathodenaktivmaterial.
    • 7 ist das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung für ein in Beispiel 2 hergestelltes Kathodenaktivmaterial.
    • 8 ist das Ergebnis einer Elektronenstrahlbeugungsmessung für ein in Beispiel 2 hergestelltes Kathodenaktivmaterial.
    • 9 ist das Ergebnis einer Elektronenstrahlbeugungsmessung für ein im Vergleichsbeispiel 1 hergestelltes Kathodenaktivmaterial.
    • 10 ist das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung für ein in Vergleichsbeispiel 2 hergestelltes Kathodenaktivmaterial.
    • 11 ist das Ergebnis eines Lade- und Entladetests für eine in Beispiel 1 hergestellte Knopfzelle.
    • 12 ist das Ergebnis eines Lade- und Entladetests für eine in Vergleichsbeispiel 1 hergestellte Knopfzelle.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Das Verfahren zur Herstellung des Kathodenaktivmaterials, das Verfahren zur Herstellung der Lithium-Ionen-Batterie und das Kathodenaktivmaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden im Detail beschrieben.
  • A. Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials
  • 1 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für das Verfahren zur Herstellung des Kathodenaktivmaterials in der vorliegenden Offenbarung zeigt. In 1 wird zunächst ein Übergangsmetalloxid, das Na enthält und eine P2-Typ-Struktur umfasst bzw. enthält, als ein Vorläufer hergestellt (Herstellungsschritt). Als nächstes werden Na-Ionen, die in dem Übergangsmetalloxid enthalten sind, mit Li-Ionen ausgetauscht, um ein Kathodenaktivmaterial zu erhalten (Ionenaustauschschritt). Die vorliegende Offenbarung weist auf, dass die Temperatur des Ionenaustauschs 350°C oder mehr und 600°C oder weniger beträgt.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der Ionenaustausch in einem Temperaturbereich von 350°C oder mehr und 600°C oder weniger durchgeführt, und dadurch kann ein Kathodenaktivmaterial mit hervorragenden Kapazitätseigenschaften erhalten werden. Der Grund für die hervorragenden Kapazitätseigenschaften liegt darin, dass eine turbostratische Struktur in der O2-Typ-Struktur gebildet wird, wenn der Ionenaustausch bei einer höheren Temperatur als der herkömmlichen Temperatur durchgeführt wird. Wenn die turbostratische Struktur gebildet wird, tritt außerdem eine Störung in der Periodizität der Zwischenschichtrichtung (Schichtrichtung) auf, wodurch die Zwischenschichtbindungskraft geschwächt wird. Infolgedessen können sich Li-Ionen leicht bewegen und das Kathodenaktivmaterial kann vermutlich hervorragende Kapazitätseigenschaften haben.
  • Gitterdefekte im Kathodenaktivmaterial können möglicherweise ein die Einlagerung und Desorption von Li-Ionen hemmender Faktor sein. Aus diesem Grund wurde bei der Synthese von Kathodenaktivmaterialien herkömmlicherweise eine ideale Kristallstruktur ohne Gitterdefekte angestrebt. Es wurden auch Studien über Gitterdefekte durchgeführt. In der oben erwähnten Nicht-Patentliteratur 1 wird beschrieben, dass eine fehlerhafte Stapelstruktur (eine Art von Gitterdefekten) nicht eingeführt wird, wenn ein geschichtetes Kathodenaktivmaterial (LiCoO2) mit Typ-O2-Struktur durch ein allgemeines Verfahren synthetisiert wird.
  • Der Erfinder der vorliegenden Offenbarung hat sich darauf konzentriert, dass die chemische Bindung innerhalb eines Aktivmaterials (Zwischenschichtbindungskraft der Schichtstruktur) in einem „stärkeren“ Zustand ist, wenn die Integrität der Struktur des Kathodenaktivmaterials höher ist. Eine starke chemische Bindung kann möglicherweise die Bewegung von Li-Ionen durch diese Bindung (oder zwischen den Bindungen) hemmen. Aus diesem Grund hat der Erfinder der vorliegenden Offenbarung das Schwächen der chemischen Bindung innerhalb eines Aktivmaterials untersucht, ohne die Einlagerungs- und Desorptionsreaktion von Li-Ionen in dem Aktivmaterial zu hemmen.
  • Derweil war es bei dem herkömmlichen Verfahren zur Synthese des Kathodenaktivmaterials mit der O2-Typ-Struktur notwendig, die O2-Typ-Struktur, welche eine metastabile Struktur ist, zu bilden und gleichzeitig die Bildung einer O3-Typ-Struktur, welche eine stabile Struktur ist, zu unterdrücken. Aus diesem Grund wurde die Heiztemperatur während des Ionenaustauschs so niedrig wie möglich eingestellt. Insbesondere ist die O2-Typ-Struktur eine metastabile Struktur, und somit deren direkte Synthese schwierig. Um die O2-Typ-Struktur zu erhalten, wurde demnach üblicherweise ein Natrium enthaltender Vorläufer mit einer P2-Typ-Struktur synthetisiert und der Ionenaustausch von Na-Ionen mit Li-Ionen durchgeführt. Dabei wurde die Heiztemperatur während des Ionenaustauschs so niedrig wie möglich eingestellt, da die O3-Typ-Struktur, welche eine stabile Struktur ist, gebildet wird, wenn die Heiztemperatur zu hoch ist. Insbesondere ist die Temperatur in der oben erwähnten Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2 auf 280°C festgelegt. Diese Temperatur wurde als Temperatur eingestellt, welche ausreicht, um eine Mischung aus LiNO3 und LiCl, dessen Schmelzpunkt bei etwa 240°C liegt, zu lösen, welche für den Ionenaustausch verwendet wird.
  • Im Gegensatz dazu hat der Erfinder der vorliegenden Offenbarung die Ionenaustauschtemperatur im Detail unter dem Gesichtspunkt der Schwächung der chemischen Bindung innerhalb des Aktivmaterials untersucht und herausgefunden, dass es einen Temperaturbereich gibt, in dem eine turbostratische Struktur innerhalb der O2-Typ-Struktur gebildet wird, welcher zwischen einem Temperaturbereich, wo die O2-Typ-Struktur gebildet wird, und einem Temperaturbereich, wo die O3-Typ-Struktur gebildet wird, liegt. Insbesondere hat der Erfinder die Erkenntnis gewonnen, dass die turbostratische Struktur innerhalb der O2-Typ-Struktur im Temperaturbereich von 350°C oder mehr und 600°C oder weniger gebildet wird. Da es sich bei der turbostratischen Struktur um eine Störung der Schichtung handelt, wurde auf der Grundlage des herkömmlichen Wissens angenommen, dass sich die Kapazitätseigenschaften verschlechtern würden, aber der Erfinder hat herausgefunden, dass im Gegenteil die Verbesserung der Kapazitätseigenschaften erreicht wurde. Der Grund dafür ist vermutlich, dass die turbostratische Struktur die O2-Typ-Struktur mäßig gebrochen hat.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Kathodenaktivmaterials in der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden im Detail beschrieben.
  • 1. Herstellungsschritt
  • Der Herstellungsschritt in der vorliegenden Offenbarung ist ein Schritt, bei dem ein Übergangsmetalloxid, das Na enthält und eine P2-Typ-Struktur umfasst bzw. enthält, hergestellt wird. Die P2-Typ-Struktur gehört zur Raumgruppe P63/mmc, umfasst zwei Arten von Oxidschichten, bei denen Positionen von Oxiden in einem Einheitsgitter unterschiedlich sind, und hat eine Kristallstruktur, in welcher Natriumionen die prismatische Stelle besetzen.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Übergangsmetalloxids unterliegt keinen besonderen Beschränkungen und es kann nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann es auf folgende Weise hergestellt werden. Zunächst werden eine Mn-Quelle, eine Ni-Quelle und eine Co-Quelle (ein oder zwei der Elemente können bei Bedarf weggelassen werden) in einem Verhältnis gemischt, so dass eine gewünschte Zusammensetzung erhalten wird, und unter Verwendung einer Base präzipitiert. Anschließend wird dem präzipitierten Pulver eine Na-Quelle in einem solchen Verhältnis zugegeben, dass die gewünschte Zusammensetzung erhalten wird, und gebrannt. Bei dieser Gelegenheit kann auch eine M-Quelle wie etwa Al, Fe, Mg, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn, Nb und Mo beigemischt werden, um die gewünschte Zusammensetzung zu erhalten. Außerdem kann vor dem Brennen ein Vorbrennen durchgeführt werden. Dadurch kann ein Übergangsmetalloxid erhalten werden, das ein Na-dotierter Vorläufer ist.
  • Beispiele für die Mn-, Ni- und Co-Quelle können ein Nitrat, ein Sulfat, ein Hydroxidsalz und ein Carbonat, welche diese Metallelemente enthalten, umfassen. Diese können ein Hydrat sein. Beispiele für die zur Präzipitation verwendete Base können Natriumcarbonat und Natriumhydroxid umfassen. Diese können als wässrige Lösung verwendet werden. Außerdem kann eine wässrige Ammoniumlösung hinzugegeben werden, um die Basizität anzupassen. Beispiele für die Na-Quelle können Natriumcarbonat, Natriumoxid, Natriumnitrat und Natriumhydroxid umfassen. Die Brenntemperatur beträgt zum Beispiel 700°C oder mehr und 1100°C oder weniger. Wenn die Brenntemperatur zu niedrig ist, besteht die Möglichkeit, dass eine ausreichende Dotierung mit Na nicht erfolgt, und wenn die Brenntemperatur zu hoch ist, besteht die Möglichkeit, dass die O3-Typ-Struktur anstelle der P2-Typ-Struktur gebildet wird. Die Brenntemperatur kann 800°C oder mehr und 1000°C oder weniger betragen. Wenn Vorbrennen durchgeführt wird, ist die Temperatur des Vorbrennens vorzugsweise niedriger als die des Hauptbrennens. Die Temperatur für das Vorbrennen liegt beispielsweise bei etwa 600 °C.
  • Vorzugsweise hat das Übergangsmetalloxid die P2-Typ-Struktur als eine Hauptphase. „Die P2-Typ-Struktur als eine Hauptphase haben“ bedeutet, dass einer der Peaks, die zur P2-Typ-Struktur gehören, die höchste Beugungsintensität unter den bei einer Röntgenbeugungsmessung (XRD) beobachteten Peaks aufweist. Das Übergangsmetalloxid kann ein Einphasenmaterial der P2-Typ-Struktur sein. Das Übergangsmetalloxid kann auch keine O3-Typ-Struktur haben. „Keine O3-Typ-Struktur haben“ bedeutet, dass die zur O3-Typ-Struktur gehörenden Peaks bei einer Röntgenbeugungsmessung nicht beobachtet werden.
  • Die Zusammensetzung des Übergangsmetalloxids ist nicht besonders begrenzt, und Beispiele dafür können eine Zusammensetzung umfassen, die durch NaqMnxNiyCozM(1-x-y-z)O2 repräsentiert wird, vorausgesetzt, dass x, y, z 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 < x + y + z ≤ 1 erfüllen, q 0,5 ≤ q ≤ 1 erfüllt und M mindestens eines von Al, Fe, Mg, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn, Nb und Mo ist. Das „x“ kann 0 sein und es kann größer als 0 sein. Das „y“ kann 0 sein und es kann größer als 0 sein. Das „z“ kann 0 sein und es kann größer als 0 sein. Zudem kann „x + y + z“ 1 sein und es kann kleiner als 1 sein. Die Zusammensetzung des Übergangsmetalloxids kann zum Beispiel mittels eines Verfahrens mit induktiv gekoppeltem Plasma (Inductively coupled plasma, ICP) bestätigt werden.
  • 2. Ionenaustauschschritt
  • Der Ionenaustauschschritt in der vorliegenden Offenbarung ist ein Schritt, bei dem ein Na-Ion, das in dem Übergangsmetalloxid enthalten ist, durch ein Li-Ion ausgetauscht wird. In dem Ionenaustauschschritt wird zumindest ein Teil von Na-Ionen, die in dem Übergangsmetalloxid enthalten sind, durch Li-Ionen unter Verwendung der Ionenaustauschreaktion des Übergangsmetalloxids und der Li-Ionen-Quelle substituiert. In der vorliegenden Offenbarung beträgt zudem die Temperatur für den Ionenaustausch 350°C oder mehr und 600°C oder weniger.
  • In der vorliegenden Offenbarung beträgt die Heiztemperatur 350°C oder mehr, und so kann die turbostratische Struktur in der O2-Typ-Struktur gebildet werden. Dies liegt daran, dass die Desorption von Na+ und die Einlagerung von Li+ während des Ionenaustausches schnell voranschreiten, wenn die Heiztemperatur 350°C oder mehr beträgt. Insbesondere wird während der Bewegung von Na+, dessen Ionenradius groß ist, die Bindung zwischen zwei Sauerstoffschichten, welche eine Na+/Li+-Schicht Sandwichartig einschließen, geschwächt. Wenn die Bewegung von viel Na+ gleichzeitig erfolgt, wenn die Sauerstoffschichten rekombiniert werden, würde die Rekombination vermutlich an der verschobenen Position stattfinden. Infolgedessen rotiert beispielsweise die obere Sauerstoffschicht in Bezug zu der unteren Sauerstoffschicht um vermutlich die turbostratische Struktur zu bilden. Die Heiztemperatur kann 400°C oder mehr betragen.
  • Derweil beträgt in der vorliegenden Offenbarung die Heiztemperatur 600°C oder weniger, und somit kann die Bildung der O3-Typ-Struktur unterdrückt werden, während die turbostratische Struktur in der O2-Typ-Struktur gebildet wird. Die Heiztemperatur kann 550°C oder weniger betragen.
  • Beispiele für die Li-Ionen-Quelle können ein Lithiumsalz wie etwa Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Lithiumiodid und Lithiumnitrat umfassen. Als Li-Ionen-Quelle können zwei oder mehr Arten des Lithiumsalzes verwendet werden. Insbesondere kann, wenn eine Mischung aus Lithiumchlorid und Lithiumnitrat verwendet wird, der Schmelzpunkt der Mischung gesenkt werden. Außerdem beträgt der Anteil des Lithiumchlorids in Bezug auf die Summe von Lithiumchlorid und Lithiumnitrat beispielsweise 70 Mol-% oder mehr und 95 Mol-% oder weniger, und kann 80 Mol-% oder mehr und 90 Mol-% oder weniger betragen.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Verwendungsmenge der Li-Ionen-Quelle. Die in der Li-Ionen-Quelle enthaltene Li-Menge in Bezug auf die in dem Übergangsmetalloxid enthaltene Na-Menge beträgt beispielsweise in einem molaren Verhältnis das 1,1-fache oder mehr, kann das 3-fache oder mehr sein und kann das 5-fache oder mehr sein. Derweil beträgt die Li-Menge beispielsweise in einem molaren Verhältnis das 15-fache oder weniger und kann das 12-fache oder weniger betragen.
  • Die Erhitzungszeit ist nicht besonders beschränkt, wenn es sich um genug Zeit handelt, um die O2-Typ-Struktur, welche die turbostratische Struktur enthält, zu bilden; sie beträgt beispielsweise 30 Minuten oder mehr und 10 Stunden oder weniger und kann 30 Minuten oder mehr und 2 Stunden oder weniger betragen.
  • Im Ionenaustauschschritt wird zumindest ein Teil von im Übergangsmetalloxid enthaltenen Na-Ionen durch Li-Ionen substituiert. Vor allem ist es bevorzugt, dass 99 atm% oder mehr von in dem Übergangsmetalloxid enthaltenen Na durch Li substituiert werden. Der Grund für die Menge von 99 atm% oder mehr ist, dass die Messbegrenzung (1% oder weniger) von Messgeräten wie ICP berücksichtigt wird. Folglich bedeutet der Status von 99 atm% oder mehr Natrium, das durch Lithium substituiert ist, den Status, dass kein Na detektiert wird, wenn die Zusammensetzung nach dem Ionenaustausch mit einer Vorrichtung wie etwa ICP gemessen wird.
  • 3. Kathodenaktivmaterial
  • Das Kathodenaktivmaterial in der vorliegenden Offenbarung umfasst bzw. enthält eine O2-Typ-Struktur. Die O2-Typ-Struktur ist eine Kristallstruktur, wobei Li die oktaedrische Stelle im Oxid besetzt und zwei Arten von Oxidschichten (Schichten, welche Sauerstoff und Übergangsmetall enthalten), deren Sauerstoffpositionen in einem Einheitsgitter unterschiedlich sind, vorhanden sind. Das Diagramm der O2-Typ-Struktur ist in 2 dargestellt. In der in 2 gezeigten O2-Typ-Struktur sind die Li-Schicht, die Übergangsmetallschicht und die Sauerstoffschicht entlang der c-Achsenrichtung (Richtung [001]) des Einheitsgitters gestapelt.
  • Ob das Kathodenaktivmaterial die O2-Typ-Struktur umfasst, kann durch eine XRD-Messung bestätigt werden. Das Kathodenaktivmaterial in der vorliegenden Offenbarung hat vorzugsweise die O2-Typ-Struktur als eine Hauptphase. „Die O2-Typ-Struktur als eine Hauptphase haben“ bedeutet, dass einer der zur O2-Typ-Struktur gehörenden Peaks die höchste Beugungsintensität unter den bei einer Röntgenbeugungsmessung (XRD) beobachteten Peaks aufweist. Das Kathodenaktivmaterial kann ein Einphasenmaterial von O2-Typ-Struktur sein.
  • Außerdem enthält die O2-Typ-Struktur in der vorliegenden Offenbarung in der Regel eine turbostratische Struktur. Die „turbostratische Struktur“ bezieht sich auf eine Struktur, wobei die Positionen der Sauerstoffschichten, die so gestapelt sind, dass sie Li Sandwichartig einschließen, von der Position der O2-Typ-Struktur durch Rotieren um die Stapelrichtung (c-Achsenrichtung, [001]) verschoben sind, und eine solche Verschiebung zufällig auftritt. Im Übrigen handelt es sich bei einer fehlerhaften Stapelstruktur um einen Gitterdefekt, der durch eine Störung der Stapelung von Atomoberflächen des Kristalls gebildet wird, und unterscheidet sich von der „turbostratischen Struktur“.
  • Ob das Kathodenaktivmaterial in der vorliegenden Offenbarung die turbostratische Struktur enthält, kann durch eine Elektronenstrahlbeugungsmessung bestätigt werden. Insbesondere kann in einem Elektronenstrahlbeugungsbild, das von einem Bereich erhalten wird, der ein ganzes Einzelteilchen in den Richtungen [a b c] enthält (hier ist c eine ganze Zahl von c > 0, sowohl a als auch b sind ganze Zahlen, a ≥ 0, b ≥ 0, und entweder a oder b ist nicht 0), der Einschluss der turbostratischen Struktur in dem Kathodenaktivmaterial bestätigt werden, wenn Beugungspunkte oder -linien, die nicht zu einem einzelnen Kristallit gehören können, erscheinen und diese Beugungspunkte oder -linien in einer ovalen Form angeordnet sind. Im Übrigen bezieht sich die ovale Form auf eine runde Form, die kein perfekter Kreis ist; insbesondere ist das Verhältnis der Länge des langen Durchmessers in Bezug auf die Länge des kurzen Durchmessers größer als 1. Dies liegt daran, dass das umgekehrte Gitter der turbostratischen Struktur, die in die Oberfläche geschnitten ist, die nicht vertikal oder parallel zur c-Achse ist, die ovale Form ist, wie in 3 gezeigt. Das Verhältnis zwischen der Länge des langen Durchmessers und der Länge des kurzen Durchmessers kann beispielsweise 1,2 oder mehr betragen.
  • Das Kathodenaktivmaterial in der vorliegenden Offenbarung kann keine O3-Typ-Struktur haben. Die O3-Typ-Struktur bezieht sich auf eine Struktur, wobei Li eine oktaedrische Stelle im Oxid besetzt und drei Arten von Oxidschichten, deren Oxidpositionen in einem Einheitsgitter unterschiedlich sind, vorhanden sind. „Keine O3-Typ-Struktur haben“ bedeutet, dass die zur O3-Typ-Struktur gehörenden Peaks bei einer XRD-Messung nicht beobachtet werden. Derweil kann das Kathodenaktivmaterial die O3-Typ-Struktur haben. Wenn I002 eine Peak-Intensität, die von der 002-Fläche der O2-Typ-Struktur abgeleitet ist, und I003 eine Peak-Intensität, die von der 003-Fläche der O3-Typ-Struktur abgeleitet ist, bei einer XRD-Messung unter Verwendung von CuKα-Strahlen bezeichnet, beträgt I003/I002 beispielsweise 0,3 oder weniger und kann 0,1 oder weniger betragen.
  • Das Kathodenaktivmaterial in der vorliegenden Offenbarung kann oder kann nicht eine P2-Typ-Struktur, die von dem Übergangsmetalloxid abgeleitet ist, umfassen. Wenn I002 eine Peak-Intensität, die von der 002-Fläche der O2-Typ-Struktur abgeleitet ist, und I002' eine Peak-Intensität, die von der 002-Fläche der P2-Typ-Struktur abgeleitet ist, bei einer XRD-Messung unter Verwendung eines CuKα-Strahls bezeichnet, beträgt I002'/I002 beispielsweise 0,3 oder weniger und kann 0,1 oder weniger betragen.
  • Die Zusammensetzung des Kathodenaktivmaterials ist nicht besonders beschränkt, und Beispiele dafür können eine Zusammensetzung umfassen, die durch LipMnxNiyCOzM(1-x-y-z)O2 repräsentiert wird, mit der Maßgabe, dass x, y, z 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 < x + y + z ≤ 1 erfüllen, p 0.5 ≤ p ≤ 1 erfüllt, und M mindestens eines von Al, Fe, Mg, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn, Nb und Mo ist. Das „x“ kann 0 sein und es kann größer als 0 sein. Das „y“ kann 0 sein und es kann größer als 0 sein. Das „z“ kann 0 sein und es kann größer als 0 sein. Zudem kann „x + y + z“ 1 sein und es kann kleiner als 1 sein. Die Zusammensetzung des Kathodenaktivmaterials kann beispielsweise durch ICP bestätigt werden.
  • Beispiele für die Form des Kathodenaktivmaterials können eine körnige Form umfassen. Die durchschnittliche Teilchengröße (D50) des Kathodenaktivmaterials beträgt beispielsweise 1 nm oder mehr und kann 10 nm oder mehr betragen. Die durchschnittliche Teilchengröße (D50) des Kathodenaktivmaterials beträgt beispielsweise 100 µm oder weniger und kann 30 µm oder weniger betragen.
  • B. Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie in der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Syntheseschritt, bei dem ein Kathodenaktivmaterial durch das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Kathodenaktivmaterials erhalten wird, und einen Kathodenschichtbildungsschritt, bei dem eine Kathodenschicht unter Verwendung des Kathodenaktivmaterials gebildet wird.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird das durch das oben beschriebene Verfahren hergestellte Kathodenaktivmaterial verwendet, und so kann eine Lithium-Ionen-Batterie mit hervorragenden Kapazitätseigenschaften erhalten werden.
  • 1. Syntheseschritt
  • Der Syntheseschritt in der vorliegenden Offenbarung ist ein Schritt, bei dem ein Kathodenaktivmaterial durch das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Kathodenaktivmaterials erhalten wird. Die Details des Syntheseschrittes in der vorliegenden Offenbarung sind gleich mit denen, die in „A. Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials“ oben beschrieben sind; daher wird an dieser Stelle von den Beschreibungen abgesehen.
  • 2. Kathodenschichtbildungsschritt
  • Der Kathodenschichtbildungsschritt in der vorliegenden Offenbarung ist ein Schritt, bei dem eine Kathodenschicht unter Verwendung des zuvor genannten Kathodenaktivmaterials gebildet wird. Es gibt keine besonderen Beschränkungen betreffend das Verfahren zur Bildung der Kathodenschicht, und es können bekannte Verfahren verwendet werden. Beispiele für das Verfahren zur Bildung der Kathodenschicht können ein Verfahren umfassen, bei dem Materialien zur Bildung der Kathodenschicht in einem Dispersionsmedium dispergiert werden, um eine Aufschlämmung zu erzeugen, und die Aufschlämmung wird aufgetragen und getrocknet, um eine Kathodenschicht zu bilden. Beispiele für das Verfahren können auch ein Verfahren umfassen, bei dem die Materialien zur Bildung der Kathodenschicht in trockenem Zustand gemischt werden und gepresst werden, um eine Kathodenschicht zu bilden.
  • Die Kathodenschicht in der vorliegenden Offenbarung ist eine Schicht, die mindestens ein Kathodenaktivmaterial enthält. Die Details des Kathodenaktivmaterials sind wie oben beschrieben. Die Kathodenschicht kann ferner mindestens eines von einem Elektrolyten, einem leitfähigen Material und einem Bindemittel enthalten. Der Elektrolyt kann eine Elektrolytlösung sein oder er kann ein Festelektrolyt sein. Beispiele für die Elektrolytlösung können eine nichtwässrige Elektrolytlösung, die einen Trägerelektrolyten und ein nichtwässriges Lösungsmittel enthält, umfassen. Beispiele für den Trägerelektrolyten können LiPF6 und LiBF4 umfassen. Beispiele für das nichtwässrige Lösungsmittel können Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Monofluorethylencarbonat (FEC), Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC) und Methyl-2,2,2-trifluorethylcarbonat (MTFEC) umfassen.
  • Beispiele für Festelektrolyte können anorganische Festelektrolyte wie etwa Oxid-Festelektrolyte und Sulfid-Festelektrolyte umfassen. Beispiele für einen Oxid-Festelektrolyten können Lanthanzirkonat-Lithium, LiPON, Li1+xAlxGe2-x(PO4)3, Glas auf Li-SiO-Basis und Glas auf Li-AlS-O-Basis umfassen. Beispiele für den Sulfid-Festelektrolyten können Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, LiI-Li2S-SiS2, LiI-Si2S-P2S5, Li2S-P2S5-LiI-LiBr, LiI-Li2S-P2S5, LiI-Li2S-P2O5, LiI-Li3PO4-P2S5 und Li2S-P2S5-GeS2 umfassen.
  • Beispiele für das leitfähige Material können ein Kohlenstoffmaterial wie Acetylenschwarz, Ketjenschwarz, Dampfphasengewachsene Kohlenstofffaser (VGCF, vapor-grown carbon fiber) und Graphit umfassen. Beispiele für das Bindemittel können ein Bindemittel auf Fluorbasis wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE) und ein Bindemittel auf Kautschukbasis wie Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) umfassen.
  • 3. Andere Schritte
  • Das Verfahren zur Herstellung der Lithium-Ionen-Batterie in der vorliegenden Offenbarung kann neben dem Syntheseschritt und dem Kathodenschichtbildungsschritt einen Anodenschichtbildungsschritt und einen Elektrolytschichtbildungsschritt umfassen.
  • Das Verfahren zur Bildung der Anodenschicht unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, und es können bekannte Verfahren verwendet werden. Beispiele für das Verfahren zur Bildung der Anodenschicht können ein Verfahren umfassen, bei dem Materialien zur Bildung der Anodenschicht in einem Dispersionsmedium dispergiert werden, um eine Aufschlämmung zu erzeugen, und die Aufschlämmung wird aufgetragen und getrocknet, um eine Anodenschicht zu bilden. Die Anodenschicht ist eine Schicht, die mindestens ein Anodenaktivmaterial enthält. Beispiele für das Anodenaktivmaterial können ein Kohlenstoffaktivmaterial wie etwa ein Metallaktivmaterial, das ein Metallelement wie Li und Si enthält, und Graphit umfassen. Die Anodenschicht kann außerdem mindestens eines von einem Elektrolyten, einem leitfähigen Material und einem Bindemittel enthalten. Diese Materialien sind gleich wie die Materialien in der Kathodenschicht.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen für das Verfahren zur Bildung der Elektrolytschicht. Beispiele für das Verfahren zur Bildung einer Festelektrolytschicht, die einen Festelektrolyten enthält, können ein Verfahren umfassen, bei dem die Materialien zur Bildung der Festelektrolytschicht in einem Dispersionsmedium dispergiert werden, um eine Aufschlämmung zu erzeugen, und die Aufschlämmung wird aufgetragen und getrocknet, um die Festelektrolytschicht zu bilden. Die Festelektrolytschicht ist eine Schicht, die mindestens einen Festelektrolyten enthält. Die Festelektrolytschicht kann außerdem ein Bindemittel enthalten. Diese Materialien sind gleich wie die der Kathodenschicht.
  • 4. Lithium-Ionen-Batterie
  • Wie in 4 dargestellt, umfasst die Lithium-Ionen-Batterie 10 eine Kathodenschicht 1, eine Anodenschicht 2 und eine Elektrolytschicht 3, die zwischen der Kathodenschicht 1 und der Anodenschicht 2 angeordnet ist. Die Elektrolytschicht 3 kann eine Schicht sein, die einen Flüssigelektrolyten enthält, und kann eine Schicht sein, die einen Festelektrolyten (insbesondere einen anorganischen Festelektrolyten) enthält. Im Übrigen entspricht ersteres einer Flüssigbatterie, letzteres einer Festkörperbatterie. Außerdem umfasst die Lithium-Ionen-Batterie 10 in der Regel einen Kathodenstromkollektor 4 auf der Oberfläche der Kathodenschicht 1, die der Elektrolytschicht gegenüberliegt, und einen Anodenstromkollektor 5 auf der Oberfläche der Anodenschicht 2, die der Elektrolytschicht 3 gegenüberliegt.
  • Zudem kann die Lithium-Ionen-Batterie eine Primärbatterie sein und kann eine Sekundärbatterie sein, vorzugsweise jedoch eine Sekundärbatterie. Der Grund dafür ist, dass sie wiederholt geladen und entladen werden kann und zum Beispiel nützlich als Batterie im Auto verwendet werden kann. Zudem können Beispiele für die Form der Lithium-Ionen-Batterie eine Knopfform, eine Laminatform, eine zylindrische Form und eine quadratische Form sein.
  • C. Kathodenaktivmaterial
  • Das Kathodenaktivmaterial in der vorliegenden Offenbarung ist ein Kathodenaktivmaterial, das eine O2-Typ-Struktur umfasst, wobei die O2-Typ-Struktur eine turbostratische Struktur enthält.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält die O2-Typ-Struktur die turbostratische Struktur, und so kann das Kathodenaktivmaterial hervorragende Kapazitätseigenschaften aufweisen. Die Details des Kathodenaktivmaterials in der vorliegenden Offenbarung sind gleich mit denen, die in „A. Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials“ oben beschrieben sind; daher wird an dieser Stelle von den Beschreibungen abgesehen. Außerdem wird das Kathodenaktivmaterial in der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise in einer Lithium-Ionen-Batterie verwendet. Die vorliegende Offenbarung kann auch eine Lithium-Ionen-Batterie bereitstellen, die eine Kathodenschicht, welche das oben beschriebene Kathodenaktivmaterial enthält, umfasst.
  • Im Übrigen ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsformen sind beispielhaft, und irgendwelche anderen Variationen sollen im technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung einbezogen werden, wenn sie im Wesentlichen die gleiche Beschaffenheit wie die in den Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung beschriebene technische Idee aufweisen und eine ähnliche Funktionsweise und Wirkung haben wie diese.
  • Beispiele
  • [Beispiel 1]
  • Mn(NO3)2 · 6H2O, Ni(NO3)2 · 6H2O und Co(NO3)2 · 6H2O wurden als Rohmaterialien verwendet, und diese wurden in reinem Wasser gelöst, so dass das molare Verhältnis von Mn, Ni und Co 5 : 2 : 3 betrug. Außerdem wurde eine Na2CO3-Lösung mit einer Konzentration von 12 Gew.-% hergestellt, und diese beiden Lösungen wurden gleichzeitig in ein Becherglas titriert. Bei dieser Gelegenheit wurde die Titrationsgeschwindigkeit so gesteuert, dass der pH-Wert 7,0 oder mehr und weniger als 7,1 betrug. Nach Abschluss der Titration wurde die gemischte Lösung für 24 Stunden bei Bedingungen von 50°C und 300 U/min gerührt. Das erhaltene Reaktionsprodukt wurde mit reinem Wasser gewaschen, und das abgeschiedene Pulver wurde durch Zentrifugalseparation abgetrennt. Das erhaltene Pulver wurde bei Bedingungen von 120°C und 48 Stunden getrocknet und anschließend in einem Achatmörser zerkleinert. Dem erhaltenen Pulver wurde Na2CO3 zugegeben, so dass das Zusammensetzungsverhältnis Na0,7Mn0,5Ni0,2Co0,3O2 wurde, und gemischt. Das gemischte Pulver wurde mit einer Last von 2 Tonnen durch isostatisches Kaltpressen gepresst, um ein Pellet herzustellen. Das erhaltene Pellet wurde zunächst dem Vorbrennen bei Bedingungen von 600°C und 6 Stunden an der Luft unterworfen und dann dem Brennen bei Bedingungen von 900°C und 24 Stunden unterworfen, um einen Na-dotierten Vorläufer zu synthetisieren (welcher ein Übergangsmetalloxid, das Na enthält, und eine P2-Struktur umfasst, war).
  • LiNO3 und LiCl wurden im molaren Verhältnis von 88:12 gemischt, der Na-dotierte Vorläufer und das LiNO3-LiCl-Pulvergemisch wurden gemischt, und der Ionenaustausch wurde an der Luft bei Bedingungen von 350° C und 1 Stunde durchgeführt. Nach dem Ionenaustausch wurde Wasser hinzugefügt, um das Salz zu lösen, und weiter mit Wasser gewaschen, um ein Kathodenaktivmaterial zu erhalten.
  • Dieses Kathodenaktivmaterial (Pulver nach dem Kugelmahlen) von 85 g wurde zu 125 ml einer n-Methylpyrrolidon-Lösung, in der 5 g Polyvinylidenfluorid (PVDF) als Bindemittel gelöst waren, gegeben und 10 g Ruß als leitfähiges Material wurde ebenfalls hinzugefügt. Danach wurde die Mischung geknetet, so dass sie gleichmäßig vermischt wurde, um eine Paste herzustellen. Diese Paste wurde auf eine Oberfläche eines Al-Stromkollektors mit einer Dicke von 15 µm in einer Gewichtsmenge von 6 mg/cm2 aufgetragen und getrocknet, um eine Elektrode zu erhalten. Danach wurde diese Elektrode gepresst, um die Dicke der Paste auf 45 µm und die Dichte der Paste auf 2,4 g/cm3 einzustellen. Schließlich wurde diese Elektrode in einem Durchmesser von 16 mm ausgeschnitten, um eine Kathode zu erhalten. Derweil wurde eine Li-Folie in einem Durchmesser von 19 mm ausgeschnitten, um eine Anode zu erhalten.
  • Mit der so erhaltenen Kathode und Anode wurde eine Knopfzelle des Typs CR2032 hergestellt. Als Separator wurde übrigens ein poröser Separator aus PP verwendet und als Elektrolyt eine Mischung aus EC (Ethylencarbonat) und DMC (Dimethylcarbonat) im Volumenverhältnis 3 : 7, gelöst in Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) als Trägerelektrolyt in der Konzentration von 1 mol/L.
  • [Beispiel 2]
  • Ein Kathodenaktivmaterial und eine Knopfzelle wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Bedingungen für den Ionenaustausch zu 600°C und 5 Minuten an der Luft geändert wurden.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Ein Kathodenaktivmaterial und eine Knopfzelle wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Bedingungen für den Ionenaustausch zu 280°C und 1 Stunde an der Luft geändert wurden.
  • [Vergleichsbeispiel 2]
  • Ein Kathodenaktivmaterial und eine Knopfzelle wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Bedingungen für den Ionenaustausch zu 650°C und 5 Minuten an der Luft geändert wurden.
  • <Röntgenbeugungsmessung und Elektronenstrahlbeugungsmessung>
  • An dem in Beispiel 1 hergestellten Kathodenaktivmaterial wurde eine Röntgenbeugungsmessung durchgeführt. Als Ergebnis wurde, wie in 5 gezeigt, bestätigt, dass die O2-Typ-Struktur in einer einzigen Phase erhalten wurde. Außerdem wurde eine Elektronenstrahlbeugungsmessung an dem in Beispiel 1 hergestellten Kathodenaktivmaterial durchgeführt. Als Ergebnis wurde, wie in 6 gezeigt, bestätigt, dass die Beugungspunkte in einer ovalen Form angeordnet waren und somit das Kathodenaktivmaterial die turbostratische Struktur hatte.
  • An dem in Beispiel 2 hergestellten Kathodenaktivmaterial wurde eine Röntgenbeugungsmessung durchgeführt. Als Ergebnis wurde, wie in 7 gezeigt, bestätigt, dass die O2-Typ-Struktur erhalten wurde, obwohl die P2-Struktur vor dem Ionenaustausch als Verunreinigung vorhanden war. Außerdem wurde eine Elektronenstrahlbeugungsmessung an dem in Beispiel 2 hergestellten Kathodenaktivmaterial durchgeführt. Als Ergebnis wurde, wie in 8 gezeigt, bestätigt, dass die Beugungspunkte in einer ovalen Form angeordnet waren und das Kathodenaktivmaterial somit eine turbostratische Struktur hatte.
  • Eine Elektronenstrahlbeugungsmessung wurde an dem in Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Kathodenaktivmaterial durchgeführt. Als Ergebnis wurde, wie in 9 gezeigt, bestätigt, dass die Beugungspunkte nicht in einer ovalen Form angeordnet waren und somit das Kathodenaktivmaterial nicht die turbostratische Struktur aufwies. Außerdem wurde eine Röntgenbeugungsmessung an dem in Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Kathodenaktivmaterial durchgeführt. Als Ergebnis wurde, wie in 10 gezeigt, bestätigt, dass das Kathodenaktivmaterial die O3-Typ-Struktur umfasst.
  • <Lade- und Entladetest>
  • Mit den in den Beispielen 1, 2 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 hergestellten Knopfzellen wurden Lade- und Entladetests durchgeführt. Im Speziellen wurden die Zellen bei 0,1 C bis 4,8 V geladen und dann bei 0,1 C bis 2,0 V entladen. Das Ergebnis von Beispiel 1 ist in 11 dargestellt, und das Ergebnis von Vergleichsbeispiel 1 ist in 12 dargestellt. Die Ergebnisse der anfänglichen Entladekapazität der Beispiele 1, 2 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • [Tabelle 1]
    Ionenaustauschbedingungen Anfängliche Entladekapazität [mAh/g]
    Beispiel 1 350° C 1 Stunde 217.5
    Beispiel 2 600° C 5 Minuten 213.8
    Vergleichsbeispiel 1 280° C 1 Stunde 200.6
    Vergleichsbeispiel 2 650° C 5 Minuten 182.5
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, war die anfängliche Entladekapazität von Beispiel 1 und Beispiel 2 größer als die von Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2. Der Grund dafür ist vermutlich, dass die in Beispiel 1 und Beispiel 2 hergestellten Kathodenaktivmaterialien die O2-Typ-Struktur, welche die turbostratische Struktur enthalten, umfassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kathodenschicht
    2
    Anodenschicht
    3
    Elektrolytschicht
    4
    Kathodenstromkollektor
    5
    Anodenstromkollektor
    10
    Lithium-Ionen-Batterie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014186937 [0004]
    • JP 201092824 [0004]

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials, welches eine O2-Typ-Struktur umfasst, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst: einen Herstellungsschritt, bei dem ein Übergangsmetalloxid, das Na enthält und eine P2-Typ-Struktur umfasst, hergestellt wird; und einen Ionenaustauschschritt, bei dem ein in dem Übergangsmetalloxid enthaltenes Na-Ion durch ein Li-Ion ausgetauscht wird; wobei die Temperatur für den Ionenaustausch 350°C oder mehr und 600°C oder weniger beträgt.
  2. Verfahren zur Herstellung des Kathodenaktivmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kathodenaktivmaterial eine Zusammensetzung umfasst, die durch LipMnxNiyCozM(1-x-y-z)O2 repräsentiert wird, mit der Maßgabe, dass x, y, z 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 < x + y + z ≤ 1 erfüllen, p 0.5 ≤ p ≤ 1 erfüllt, und M mindestens eines von Al, Fe, Mg, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn, Nb und Mo ist.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst: einen Syntheseschritt, bei dem ein Kathodenaktivmaterial durch das Verfahren zur Herstellung des Kathodenaktivmaterials gemäß Anspruch 1 oder 2 erhalten wird; und einen Kathodenschichtbildungsschritt, bei dem eine Kathodenschicht unter Verwendung des Kathodenaktivmaterials gebildet wird.
  4. Kathodenaktivmaterial, das eine O2-Typ-Struktur umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die O2-Typ-Struktur eine turbostratische Struktur enthält.
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