JP2003137547A - チタン酸リチウム及びその用途 - Google Patents
チタン酸リチウム及びその用途Info
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Abstract
するチタン酸リチウム、及び該チタン酸リチウムを用い
たリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】 Li4Ti5O12を主成分とし、その平均
粒径が0.5〜1.5μm、その最大粒径が25μm以
下であり、かつ、次式 【数1】 で示されるSD値が0.5μm以下であることを特徴と
するチタン酸リチウムを用いて、リチウム二次電池を製
造する。
Description
の活物質として有用なチタン酸リチウム及びそれを用い
たリチウム二次電池に関するものである。
の高さから携帯電話やノートパソコン用の電源として進
歩してきたが、近年のIT技術の進歩により携帯端末機
器の小型、軽量化に伴って、その電源である電池にも更
に小型、高容量化が求められるようになってきた。また
エネルギー密度の高さを生かし電気自動車やハイブリッ
ド自動車用としての電源や電力貯蔵用電源として注目さ
れ始めている。
リチウムは、代表的なものにLi4Ti5O12があり、リ
チウム二次電池の活物質とした場合、リチウム基準で
1.5Vの電圧を有し、サイクル劣化が小さく長寿命で
あることが特徴である。また、時計用小型リチウム二次
電池の活物質として実績を持ち、充放電に際して膨張・
収縮が無視できるという特徴から大型電池用の活物質と
しても注目されている。この材料は正極活物質としての
利用の他、負極活物質としての利用面も開けており、そ
の将来が期待されるものである。
体の電気容量を大きくする方法があり、例えばWO99
/03784にはチタン酸リチウムの1部をプロトンで
置換して水素化することにより、理論容量を上回る充放
電容量が得られることが提案されている。しかしながら
HEV自動車や電力貯蔵用電池を考えた場合、短時間に
大電流を取り出す必要があるため、小電流放出時の放電
容量はさることながら、大電流放出時の放電容量も問題
となる。通常大電流放出時の容量低下は避けられない
が、それを極力抑制するために電極や電池の作製方法に
より種々の工夫がなされている。しかしながら、活物質
自体の改良によりレ−ト特性を高める方法については未
だに報告がない。
ウムを用いるリチウム二次電池特性を改良する為に、粒
径及び粒度分布が制御されたチタン酸リチウム粉体を製
造すること、及び該チタン酸リチウムを用いたリチウム
二次電池を提供することにある。
達成すべく鋭意研究を重ねた結果、チタン酸リチウムの
粒径を制御することでチタン酸リチウムの放電特性が向
上し、このチタン酸リチウムを活物質として使用したリ
チウム二次電池は、優れた充放電特性を示すことを見い
出し、本発明を完成させた。
Li4Ti5O12を主成分とし、その平均粒径が0.5〜
1.5μm、その最大粒径が25μm以下であり、か
つ、次式
点の粒径を示し、d16%とは粒径の累積カーブが16
%となる点の粒径を示す。)で示されるSD値が0.5
μm以下であることを特徴とする。
て、その粉体としてのタップ密度が0.75g/mL以
上であるとよい。
負極活物質として用いられた電池用電極を提供すること
ができる。
ム二次電池を提供することができる。
とし、金属Liを負極として作製したリチウム二次電池
であって、充・放電試験の結果について、放電レート
0.15Cにおける放電電圧が1.5〜1.6Vかつ初
期放電容量が155mAh/g以上であり、そして、放
電レート10.0Cにおける放電容量が放電レート0.
15Cにおける放電容量に対して80%以上であること
を特徴とするリチウム二次電池を提供することができ
る。
i4Ti5O12を主成分とし平均粒径が0.5〜1.5μ
mであって最大粒径が25μm以下であり、かつ、次式
で示されるSD値が0.5μm以下であることを特徴と
する。SD値は粒度分布を示すパラメーターであり、数
値が小さい程、分布範囲が狭いことを示し、0.5μm
以下の範囲において、電極とした時に良好な充放電特性
を示す。更に、タップ密度が0.75g/mL以上であ
ることが好ましい。
中で均一に混合する工程、該混合物を乾燥する工程及び
熱処理する工程により製造できる。
ム、水酸化リチウム・1水和物、酸化リチウム、炭酸水
素リチウム、炭酸リチウム等を水に混合または溶解す
る。この液にLi2OとTiO2のモル比が2:5となる
ように酸化チタンを混合する。使用する酸化チタンはア
ナターゼ型二酸化チタンまたは含水酸化チタンが好まし
い。アナターゼ型二酸化チタンについては、純度が少な
くとも95質量%以上が必要であり、好ましくは98質
量%以上のものである。純度が95質量%未満の場合、
単位活物質当たりの容量が下がってしまうため好ましく
ない。含水酸化チタンについては、焼成してアナターゼ
型二酸化チタンとしたときに、上記の範囲となるもので
あり、その焼成前の純度の目安は90質量%以上であ
る。
8〜4.8モル/L、酸化チタンが0.60〜6.00
モル/Lであるとよい。前記範囲より濃度が高いと均一
混合に強い撹拌力が必要となる。また、乾燥時の配管閉
塞等のトラブルの原因となり好ましくない。上記範囲よ
り濃度が低いと蒸発水分量が増加し、乾燥コストが上が
り好ましくない。乾燥方法はそのまま乾燥しても良い
し、噴霧乾燥、流動層乾燥、転動造粒乾燥あるいは凍結
乾燥を単独または組み合わせて使用してもよい。
ウムを得る。熱処理温度は700〜1000℃で1〜1
0時間であるが、800〜900℃で5〜10時間が好
ましい。700℃未満では酸化チタンとリチウム化合物
の反応が不十分となり、1000℃を超えた場合、顕著
にチタン酸リチウムの焼結が起こり、電池特性が悪くな
るので好ましくない。
き、例えばライカイ機、ジェットミル、ボールミル、ハ
ンマーミル等を使用することができる。また、粉砕前に
ポリオール等の有機物を添加し粉砕効率を上げても、本
発明の効果は損なわれるものではない。
極活物質として使用し、負極にLi金属を使用したコイ
ン型二次電池を作製し、充・放電試験を行った。その結
果、本発明によるチタン酸リチウムは放電レート0.1
5Cでの放電電圧が1.5〜1.6Vを満足し、初期放
電容量が155mAh/g以上と高い値を得ることがで
き、また放電レート10.0Cの放電容量が0.15C
に対して80%以上であることを見出した。
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
2質量%濃度で水に溶解し、該溶解液にアナターゼ型二
酸化チタンをLi2OとTiO2のモル比が2:5となる
量を添加し混合した。混合物を110℃で噴霧乾燥し、
875℃で6時間熱処理を行いチタン酸リチウムを作製
した。このチタン酸リチウムを振動ボールミルにより4
時間粉砕した。本試料のタップ密度をJIS−K−51
01タップ法により測定した。粒度分布及び平均粒径は
レーザー回折散乱法(HONEYWELL社製マイクロ
トラック 9320−X100)により測定した。また
本試料82重量部とアセチレンブラック9重量部及びポ
リフッ化ビニリデン9重量部を混合後、N−メチル−2
−ピロリドンに固形分濃度46.5質量%でハイシェア
ーミキサーにより5分間混練し、塗料を作製した。
ード法で乾燥後の有効物質の質量が0.01g/cm2
になるように塗布した。110℃で真空乾燥後、初期電
極合剤の厚みに対して80%にロールプレスした。1c
m2に打ち抜き後、図1に示すコイン電池の正極とし
た。図1において負極は金属リチウム板を、電解液はエ
チレンカーボネートとジメチルカーボネートの等容量混
合物にLiPF6を1mol/Lで溶解したものを、セ
パレーターはポリプロピレン多孔膜を使用した。上記に
より作製したコイン電池を用いて放電レート0.15C
で1.0Vまで放電後、同レ−トで3.0Vまで充電
し、このサイクルを3回繰り返した。その後、放電レー
トを10.0Cとして1.0Vまで放電を行った。結果
を表1及び図2に示す。
した以外は実施例1と同様に行い、タップ密度、粒度分
布、平均粒径及び放電容量を測定した。結果を表1及び
図2に示す。
実施例1と同様に行い、タップ密度、粒度分布、平均粒
径及び放電容量を測定した。結果を表1及び図2に示
す。
リチウムは粒径及び粒度分布を制御することにより、大
電流放電時の放電容量を大きくすることができる。
正極に使用したコイン電池の断面図である。
ン酸リチウムを正極に使用したコイン電池の放電曲線を
示す線図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 Li4Ti5O12を主成分とし、その平均
粒径が0.5〜1.5μm、その最大粒径が25μm以
下であり、かつ、次式 【数1】 (なお、d84%とは粒径の累積カーブが84%となる
点の粒径を示し、d16%とは粒径の累積カーブが16
%となる点の粒径を示す。)で示されるSD値が0.5
μm以下であることを特徴とするチタン酸リチウム。 - 【請求項2】 前記チタン酸リチウムの粉体としてのタ
ップ密度が、0.75g/mL以上であることを特徴と
する、請求項1に記載のチタン酸リチウム。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載のチタン酸リチ
ウムが、正極または負極活物質として用いられた電池用
電極。 - 【請求項4】 請求項3に記載の電池用電極が用いられ
たリチウム二次電池。 - 【請求項5】 請求項1または2に記載のチタン酸リチ
ウムを正極活物質とし、金属Liを負極として作製され
たリチウム二次電池であって、充・放電試験の結果につ
いて、放電レート0.15Cにおける放電電圧が1.5
〜1.6Vかつ初期放電容量が155mAh/g以上で
あり、そして、放電レート10.0Cにおける放電容量
が放電レート0.15Cにおける放電容量に対して80
%以上であることを特徴とするリチウム二次電池。
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