JP2001006672A - 活物質、電極、非水電解液二次電池及び活物質の製造方法 - Google Patents
活物質、電極、非水電解液二次電池及び活物質の製造方法Info
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Abstract
いた場合、前記二次電池を放置した際における電池容量
の低下が少なく、二次電池の保存特性を良好にするのに
適した活物質を提供する。 【解決手段】 LiNiaCobMcO2(但し、a+b+
c=1;0≦c≦0.5;Mは、Mn、Fe、Zn、T
i、Cr、Mg、Al、Cu、Gaの中から選ばれる少
なくとも一種)に、AlX(SO4)2(Xは、Na、
K、Rb、Cs、NH4の中から選ばれる少なくとも一
種)を含有したことを特徴とする。
Description
池の正極に用いて好適な活物質、その活物質を有する電
極、その電極を用いた非水電解液二次電池、及び活物質
の製造方法に関する。
チウムの吸蔵、放出が可能な正極及び負極と、非水電解
液とを備えたものがある。
物質として、リチウムと、ニッケル、コバルト等の金属
との複合酸化物であるリチウム含有複合酸化物を用いら
れており、約4Vの電圧を持ち高容量であることから、
活発な研究開発が行われている。
二次電池では、保存時において、正極と電解液との反応
により、保存特性が劣化するという問題がある。
えば、特開平9−245787号公報において、硫酸根
(SO4)を含有した正極活物質が提案されている。
いた非水電解液二次電池においても、放電容量が低下
し、保存特性は満足出来るものではない。
欠点に鑑み為されたものであり、非水電解液二次電池の
正極活物質として用いた場合、前記二次電池を放置した
際における放電容量の低下が少なく、二次電池の保存特
性を良好にするのに適した活物質を提供することを目的
とするものである。
極として用いた場合、前記二次電池を放置した際におけ
る放電容量の低下が少なく、二次電池の保存特性を良好
にするのに適した電極を提供することを目的とするもの
である。
容量の低下が少なく、保存特性を良好にするのに適した
非水電解液二次電池を提供することを目的とするもので
ある。
極活物質として用いた場合、前記二次電池を放置した際
における放電容量の低下が少なく、二次電池の保存特性
を良好にするのに適した活物質の製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。
NiaCobMcO2(但し、a+b+c=1;0≦c≦
0.5;Mは、Mn、Fe、Zn、Ti、Cr、Mg、
Al、Cu、Gaの中から選ばれる少なくとも一種)
に、AlX(SO4)2(Xは、Na、K、Rb、Cs、
NH4の中から選ばれる少なくとも一種)を含有したこ
とを特徴とする。
次電池の正極活物質として用いた場合、二次電池の自己
放電率が小さく、二次電池の保存特性が良くなる。尚、
これは、LiNiaCobMcO2の活性部が減少し、正極
活物質と電解液との反応が抑制され、正極の劣化が抑制
されるためと考えられる。また、LiNiaCobMcO2
のMの添加量によっては充放電容量が低下する場合があ
り、Mの添加量としては、0≦c≦0.5の範囲が好ま
しい。
O4)2の含有量が、前記LiNiaCobMcO2に対して
1.5モル%以上、20モル%以下であると、非水電解
液二次電池の正極活物質として用いた場合、二次電池の
自己放電率は大幅に低下する。
O4)2の含有量が、前記LiNiaCobMcO2に対して
3モル%以上、10モル%以下であると、非水電解液二
次電池の正極活物質として用いた場合、二次電池の自己
放電率はより一層大幅に低下する。
O4)2が前記LiNiaCobMcO2の表面を被覆するた
め、LiNiaCobMcO2と電解液との反応が十分に抑
制される。
することを特徴とする。
電池の正極として用いた場合、二次電池の自己放電率が
小さく、二次電池の保存特性が良くなる。
述の電極を正極として用いたことを特徴とする。
自己放電率が小さく、保存特性が良くなる。
の溶質としては,LiPF6、LiBF4、LiSb
F6、LiCF3SO3、LiAsF6、LiN(CF3S
O2)2、LiCF3(CF2)3SO3等を使用することが
できるが,これに限定されるものではない。
液の溶媒としては,エチレンカーボネート、プロピレン
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、スルホラン、1,2−
ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオ
キソラン等を使用することができるが,これに限定され
るものではない。
NiaCobMcO2(但し、a+b+c=1;0≦c≦
0.5;Mは、Mn、Fe、Zn、Ti、Cr、Mg、
Al、Cu、Gaの中から選ばれる少なくとも一種)
に、AlX(SO4)2・12H2O(Xは、Na、K、
Rb、Cs、NH4の中から選ばれる少なくとも一種)
を混合し、熱処理したことを特徴とする。
質は良好に製造することが出来る。
以上、300℃以下で製造された活物質を、非水電解液
二次電池の正極活物質として用いた場合、二次電池の自
己放電率が大幅に低下する。
て詳細に説明する。
て、AlK(SO4)2・12H2Oを5モル%になるよ
うに混合し、250℃で2時間熱処理を行い、正極活物
質を作製した。
としてのカーボン粉末と、結着剤としてのポリテトラフ
ルオロエチレンとを80:10:10の重量比で混合し
て正極合剤を得た。
で2時間真空乾燥し、正極を作製した。
を所定寸法に打ち抜き、負極を作製した。
エチルカーボネートとを体積比1:1で混合した溶媒
に、LiPF6を1Mの割合で溶かし、電解液を作製し
た。
負極缶の内底面に固着し、前述の体積比で調製した電解
液を含浸させたセパレータを介して、前記の正極を固定
した断面略コ字状の正極缶を配置し、電池A0を作製し
た。なお、セパレータとしては、イオン透過性のポリプ
ロピレン製の微多孔膜を用いた。
(SO4)2の種類について、下記の電池A1〜A4を作
製して検討を行った。
4)2・12H2O代わりに、AlNa(SO4)2・12
H2Oを用いた以外は、電池A0と同様にして、電池A
1を作製した。
4)2・12H2O代わりに、AlRb(SO4)2・12
H2Oを用いた以外は、電池A0と同様にして、電池A
2を作製した。
4)2・12H2O代わりに、AlCs(SO4)2・12
H2Oを用いた以外は、電池A0と同様にして、電池A
3を作製した。
4)2・12H2O代わりに、Al(NH4)(SO4)2・
12H2Oを用いた以外は、電池A0と同様にして、電
池A4を作製した。
12H2Oを混合して熱処理したLiCoO2を用いる代
わりに、LiCoO2を用いた以外は、電池A0と同様
にして比較電池X0を作製した。
ついて、10mAの定電流で電池電圧4.2Vまで充電
した後、放電抵抗1kΩで3.0Vに至るまで放電し、
放電容量を測定した。次に、10mAの定電流で電池電
圧4.2Vまで充電して、80℃の恒温槽で60日間保
存した後、放電抵抗1kΩで電池電圧2.7Vまで放電
して保存後の放電容量を測定し、下記の数1の式に基づ
いて自己放電率を算出した。その結果を下記の表1に示
す。
lK(SO4)2、AlNa(SO4) 2、AlRb(SO
4)2、AlCs(SO4)2、或いはAl(NH4)(S
O4)2を含有させた電池A0〜A4は、比較電池X0に
比べ、自己放電率が大幅に小さく、保存特性に優れてい
る。
ウム含有複合酸化物の種類について、下記の電池B1〜
B13、Y1〜Y13を作製して検討を行った。
を用いる代わりにLiNiO2を用いる以外は、本発明
の電池A0と同様にして、電池B1を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.5Co0. 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B2を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.5Mn0. 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B3を作製した。
を用いる代わりにLiCo0.5Mn0. 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B4を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.4Co0. 1Mn0。5O2を用い
る以外は、電池A0と同様にして、電池B5を作製し
た。
を用いる代わりにLiNi0.5Fe0。 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B6を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.5Zn0。 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B7を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.5Ti0。 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B8を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.5Cr0。 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B9を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.5Mg0。 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B10を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.5Al0。 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B11を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.5Cu0。 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B12を作製した。
を用いる代わりにLiNi0.5Ga0。 5O2を用いる以外
は、電池A0と同様にして、電池B13を作製した。
複合酸化物に対して、AlX(SO 4)2を含有させない
以外は、電池B1〜B13と同様にして、比較電池Y1
〜Y13を夫々作製した。
池X0、Y1〜Y13について、自己放電率を算出し
た。その結果を表2に示す。尚、自己放電率の算出方法
は、実験1と同じである。
13は、比較電池X0、Y1〜Y13に比べ、自己放電
率が小さく、保存特性に優れている。即ち、LiNia
CobMcO2(a+b+c=1、0≦c≦0.5、Mは
Mn、Fe、Zn、Ti、Cr、Mg、Al、Cu、G
aの中から選ばれる少なくとも一種)にAlX(S
O4)2を含有させた活物質を正極に用いた非水電解液二
次電池は、自己放電率が小さく、保存特性に優れている
ことが判る。
McO2(a+b+c=1、0≦c≦0.5、MはMn、
Fe、Zn、Ti、Cr、Mg、Al、Cu、Gaの中
から選ばれる少なくとも一種)に、AlK(SO4)2、
AlNa(SO4)2、AlRb(SO4)2、AlCs
(SO4)2、或いはAl(NH4)(SO4)2を含有さ
せた活物質を、非水電解液二次電池の正極に用いた場
合、その非水電解液二次電池は、自己放電率が小さくな
り、保存特性が向上することが明らかである。
O4)2の含有量について、下記の電池C1〜C10を作
製して検討を行った。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに1.2モ
ル%混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C1
を作製した。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに1.5モ
ル%混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C2
を作製した。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに2.5モ
ル%混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C3
を作製した。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに3.0モ
ル%混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C4
を作製した。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに7モル%
混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C5を作
製した。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに10モル
%混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C6を
作製した。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに12モル
%混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C7を
作製した。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに15モル
%混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C8を
作製した。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに20モル
%混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C9を
作製した。
4)2・12H2Oを5モル%混合する代わりに22モル
%混合する以外は、電池A0と同様にして、電池C10
を作製した。
水溶液と重炭酸ナトリウム水溶液を反応させ、沈殿を濾
過、水洗、乾燥して得た塩基性炭酸コバルトを、400
℃で熱処理し、四三酸化コバルトを得た。この四三酸化
コバルトを、炭酸リチウムと所定比で混合し、900℃
で反応させ、LiCoO2(硫酸根0.8モル%含有;
(SO4)2では0.4モル%に相当)を作製した。この
正極活物質の作製以外は、電池A0と同様にして、比較
電池Z1を作製した。尚、この比較電池Z1は特開平9
−245787号公報に示されている電池に相当する。
池X0、Z1について、自己放電率を算出した。その結
果を表3に示す。尚、自己放電率の算出方法は、実験1
と同じである。
含有量が1.5モル%以上、20モル%以下の場合、自
己放電率が比較電池X0、Z1と比べ急激に低下し、保
存特性が良好である。特に、前述の含有量が3.0モル
%以上、10モル%以下では、自己放電率は一層低くな
り、保存特性は一層良好となる。尚、AlK(SO4)2
の含有量が22モル%の場合、自己放電率の低下が小さ
いのは、AlK(SO4)2が不純物として働き、自己放
電率が増加したものと考えられる。
で用いたAlNa(SO4)2、AlRb(SO4)2、A
lCs(SO4)2、或いはAl(NH4)(SO4)2を
用いた場合、また、LiCoO2に代えて、実験2で用
いたリチウム含有複合酸化物LiNiaCobMcO2(但
し、a+b+c=1;0≦c≦0.5;Mは、Mn、F
e、Zn、Ti、Cr、Mg、Al、Cu、Gaの中か
ら選ばれる少なくとも一種)についても、AlX(SO
4)2の含有量について検討を行った結果、上述の表3と
同様の結果が得られた。
理温度について、下記の電池D1〜D5を作製して検討
を行った。
処理する代わりに、80℃で熱処理する以外は、電池A
0と同様にして、電池D0を作製した。
処理する代わりに、100℃で熱処理する以外は、電池
A0と同様にして、電池D1を作製した。
処理する代わりに、150℃で熱処理する以外は、電池
A0と同様にして、電池D2を作製した。
処理する代わりに、200℃で熱処理する以外は、電池
A0と同様にして、電池D3を作製した。
処理する代わりに、300℃で熱処理する以外は、電池
A0と同様にして、電池D4を作製した。
処理する代わりに、350℃で熱処理する以外は、電池
A0と同様にして、電池D5を作製した。
℃以上、300℃以下の範囲では、自己放電率の低下が
大きく、保存特性が特に優れている。尚、これはLiC
oO 2の表面がAlK(SO4)2により良好に被覆さ
れ、LiCoO2と電解液との反応が十分に抑制される
ためと考えられる。
正極活物質として用いた場合、前記二次電池を放置した
際における放電容量の低下が少なく、二次電池の保存特
性を良好にするのに適した活物質を提供し得る。
池の正極として用いた場合、前記二次電池を放置した際
における放電容量の低下が少なく、二次電池の保存特性
を良好にするのに適した電極を提供し得る。
る放電容量の低下が少なく、保存特性を良好にするのに
適した非水電解液二次電池を提供し得る。
極活物質として用いた場合、前記二次電池を放置した際
における放電容量の低下が少なく、二次電池の保存特性
を良好にするのに適した活物質の製造方法を提供し得
る。
Claims (8)
- 【請求項1】 LiNiaCobMcO2(但し、a+b+
c=1;0≦c≦0.5;Mは、Mn、Fe、Zn、T
i、Cr、Mg、Al、Cu、Gaの中から選ばれる少
なくとも一種)に、AlX(SO4)2(Xは、Na、
K、Rb、Cs、NH4の中から選ばれる少なくとも一
種)を含有したことを特徴とする活物質。 - 【請求項2】 前記AlX(SO4)2の含有量が、前記
LiNiaCobMcO2に対して1.5モル%以上、20
モル%以下であることを特徴とする請求項1記載の活物
質。 - 【請求項3】 前記AlX(SO4)2の含有量が、前記
LiNiaCobMcO2に対して3モル%以上、10モル
%以下であることを特徴とする請求項2記載の活物質。 - 【請求項4】 前記AlX(SO4)2が前記LiNia
CobMcO2の表面を被覆していることを特徴とする請
求項1、2又は3記載の活物質。 - 【請求項5】 請求項1、2、3又は4記載の活物質を
有することを特徴とする電極。 - 【請求項6】 請求項5記載の電極を正極として用いた
ことを特徴とする非水電解液二次電池。 - 【請求項7】 LiNiaCobMcO2(但し、a+b+
c=1;0≦c≦0.5;Mは、Mn、Fe、Zn、T
i、Cr、Mg、Al、Cu、Gaの中から選ばれる少
なくとも一種)に、AlX(SO4)2・12H2O(X
は、Na、K、Rb、Cs、NH4の中から選ばれる少
なくとも一種)を混合し、熱処理したことを特徴とする
活物質の製造方法。 - 【請求項8】 前記熱処理の熱処理温度が100℃以
上、300℃以下であることを特徴とする請求項7記載
の活物質の製造方法。
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