JP2004281163A - Baked container for positive active material powder, positive active material powder, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Baked container for positive active material powder, positive active material powder, and lithium ion secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP2004281163A
JP2004281163A JP2003069314A JP2003069314A JP2004281163A JP 2004281163 A JP2004281163 A JP 2004281163A JP 2003069314 A JP2003069314 A JP 2003069314A JP 2003069314 A JP2003069314 A JP 2003069314A JP 2004281163 A JP2004281163 A JP 2004281163A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
material powder
positive electrode
lithium
electrode active
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003069314A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004281163A5 (en
Inventor
Manabu Kazuhara
学 数原
Takashi Saito
尚 斎藤
Tsutomu Kato
務 加藤
Kazushige Horichi
和茂 堀地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seimi Chemical Co Ltd
Original Assignee
Seimi Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seimi Chemical Co Ltd filed Critical Seimi Chemical Co Ltd
Priority to JP2003069314A priority Critical patent/JP2004281163A/en
Publication of JP2004281163A publication Critical patent/JP2004281163A/en
Publication of JP2004281163A5 publication Critical patent/JP2004281163A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the content of impurities and prevent adhesion of baking powder to a baked container when the positive active material powder comprising a lithium-containing composite oxide is prepared by baking specified raw material powder. <P>SOLUTION: The baked container provided with a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5% on the inner surface of the container substrate is used to bake, the raw powder of the positive active material powder comprising the lithium-containing composite oxide. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の原料粉末を焼成してリチウムイオン二次電池の正極活物質粉末を得るための焼成容器および焼成して得られた正極活物質粉末と、同正極活物質粉末を備えるリチウムイオン二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、種々の電子機器のポータブル化,コードレス化が進むにつれ、小型,軽量で、かつ、高エネルギー密度を有する非水電解液二次電池に対する需要が増大し、以前にも増して特性の優れた非水電解液二次電池用の開発が望まれている。
【0003】
非水電解液二次電池の正極材料には、LiCoO,LiNiO,LiMnなどが好ましく使用されており、特にLiCoOは、その安全性,容量などの面から多く使われている。この材料は充電に伴って、結晶格子内のリチウムがリチウムイオンとなって電解液に脱する一方で、放電に伴ってリチウムイオンが電解液から結晶格子に可逆的に挿入されることで、正極活物質としての機能を発現している。
【0004】
コバルト酸リチウムの製造方法として、炭酸リチウムと種々のコバルト源を混合し、焼成することが工業的に実施されている。この工業的な生産において、コバルト源としては、主に四三酸化コバルトあるいはオキシ水酸化コバルトが多用されている。
【0005】
ところで、本発明者らが、コバルト源として、四三酸化コバルトあるいはオキシ水酸化コバルトの前駆体である水酸化コバルトを用いて少量合成実験を行ったところ、正極材料のコストダウンができる効果があり、また、特定の水酸化コバルトを用いることにより、電池容量や安全性、そしてサイクル特性の向上が図れるとの知見を得た。
【0006】
しかしながら、次の段階として、水酸化コバルトと炭酸リチウムとを混合して焼成容器に充填し、量産規模で焼成する試験を行ったところ、生成コバルト酸リチウム中の副生酸化コバルト量が著しく多くなり、電池容量の低下などの特性低下が起きる難点のあることが判明した。なお、四三酸化コバルトあるいはオキシ水酸化コバルトを原料とした場合には、このような量産上の難点は観察されなかった。
【0007】
また、含フッ素コバルト酸リチウムの製造方法として、炭酸リチウムと種々のコバルト源と含フッ素化合物とを混合し、焼成することが実施されている。コバルト源としては、四三酸化コバルト、オキシ水酸化コバルトあるいは水酸化コバルトが用いられている。
【0008】
しかしながら、コバルト化合物と炭酸リチウムと含フッ素化合物とを混合してムライト製の大型焼成容器に充填し、焼成する試験を行った結果、焼成粉体が容器の器壁面に溶着してしまい、容器から焼成粉体を排出できないという問題があることが判明した。
【0009】
同じく、ニッケル−コバルト共沈水酸化物,ニッケル−コバルト−マンガン共沈水酸化物やそれらの共沈オキシ水酸化物または共沈酸化物粉末とリチウム化合物と含フッ素化合物粉末とを混合焼成する際に、焼成容器としてムライト質焼成容器を用いた場合、その器壁面に活物質粉末が溶着して、容器から排出されなかったり、容器の一部が剥離して活物質粉末に混入する問題があった。
【0010】
なお、上記ムライト質焼成容器に代えて、特許文献1に提案されているMgAlのスピネル容器を用いて上記の各種活物質粉末を焼成したが、焼成時の熱衝撃や機械的衝撃に弱く破損することがあり、また、副生酸化コバルト量が多くなったり、含フッ素化合物が器壁面に溶着するなどの問題がある。それに、MgAlスピネル容器は高価である。
【0011】
【特許文献1】
特開2002−216758号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、リチウム含有複合酸化物や含フッ素リチウム複合酸化物粉末などを焼成するにあたって、不純物含量が少なく、また、含フッ素化合物が器壁面に溶着することなく、それらの正極活物質粉末を焼成し得る焼成容器を提供することと、同焼成容器での焼成によりリチウムイオン二次電池に好適な正極活物質粉末を得ることにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、所定の原料粉末を焼成してリチウム含有複合酸化物からなる正極活物質粉末を得る際に用いられる正極活物質粉末用の焼成容器において、容器基質の内面に、珪素含量が5%未満の緻密なセラミックス被覆層を備えていることを特徴としている。
【0014】
珪素含量が5%以上であると、珪素とフッ素化合物またはリチウム化合物とが反応しやすくなり、焼成粉体が器壁面に溶着するおそれが出てくるので好ましくない。珪素不含であることがもっとも好ましい。また、セラミックス被覆層が緻密でないと、リチウム源やフッ素化合物が被覆層に吸収されたり、その被覆層を透過して容器基質に吸収されたり、容器基質との化学反応などにより消費されて溶着しやすくなるので好ましくない。
【0015】
含フッ素化合物の容器基質との反応による溶着を抑制するため、上記セラミックス被覆層は、含フッ素化合物との化学反応性が低いスピネル,マクネシア,ジルコニアおよびアルミナの少なくとも1種からなることが好ましい。アルミナとしては、リチウムやフッ素との化学的反応性の乏しいαアルミナが最適である。
【0016】
また、上記セラミックス被覆層の気孔率は15%以下であることが好ましい。気孔率が15%を超えると、含フッ素化合物が器壁面に溶着したり、器壁面と化学反応を起こして消費されるので好ましくない。より好ましい気孔率は10%以下である。
【0017】
上記セラミックス被覆層の厚みは50〜500μmであることが好ましい。厚みが50μm未満であると、被覆層の耐久性が乏しくなったり、含フッ素化合物が被覆層を透過して容器基質に吸収されやすくなるので好ましくない。これに対して、厚みが500μmを超えると、被覆層と容器基質との間で界面剥離が生じやすくなるので好ましくない。
【0018】
上記セラミックス被覆層としてスピネルを採用する場合、スピネルの中でもAlMgOが緻密な被覆層を形成でき、かつ、含フッ素化合物との化学反応性が低いことから、原料粉末内の含フッ素化合物が焼成容器に溶着しないので特に好ましい。なお、AlMgO層の下層として、例えばプラズマ溶射にてムライト層やアルミナ層を設けることにより、AlMgO層と容器基質との密着性をより高めることができる。
【0019】
本発明による焼成容器の容器基質としては、耐熱性,耐熱衝撃性および耐機械的衝撃性の見地からして、多孔質のムライトもしくはコージェライトであることが好ましい。これに対して、純アルミナは耐熱衝撃性,耐機械的衝撃性がともに乏しく、また、高価であるため好ましいとは言えない。
【0020】
本発明には、珪素含量が5%未満の緻密なセラミックス被覆層を備えている上記焼成容器を用いて所定の原料粉末を焼成してなるリチウムイオン二次電池に好適な各種の正極活物質粉末(リチウム含有複合酸化物)が含まれる。
【0021】
リチウム含有複合酸化物に、フッ素を含有させるとリチウムイオン二次電池の安全性が向上することが知られているが、その焼成を上記焼成容器内で行うことにより、器壁面に含フッ素化合物を溶着させることなく、含フッ素コバルト酸リチウムからなる正極活物質粉末を得ることができる。
【0022】
したがって、本発明には、珪素含量が5%未満の緻密なセラミックス被覆層を備えている上記焼成容器内に、コバルト化合物粉末,炭酸リチウム粉末および含フッ素化合物粉末を混合して充填し、600〜1050℃の酸素含有雰囲気下で焼成してなる含フッ素コバルト酸リチウムからなる正極活物質粉末が含まれる。
【0023】
また、本発明には、珪素含量が5%未満の緻密なセラミックス被覆層を備えている上記焼成容器内に、水酸化コバルト粉末と炭酸リチウム粉末とを混合して充填し、600〜1050℃で酸素含有雰囲気下で焼成してなるコバルト酸リチウムからなる正極活物質粉末が含まれる。
【0024】
上記焼成容器は緻密なセラミックス被覆層を備えていることから、リチウム源が被覆層に吸収されたり、被覆層を透過して容器基質と化学反応を起こして消費されることがほとんどなくリチウム量不足にならないため、生成コバルト酸リチウム中の副生四三酸化コバルト量の増大が抑えられる。
【0025】
また、本発明には、珪素含量が5%未満の緻密なセラミックス被覆層を備えている上記焼成容器内に、ニッケル−コバルト共沈体原料粉末,リチウム化合物および含フッ素化合物を混合して充填し、600〜1050℃の酸素含有雰囲気下で焼成してなる含フッ素−ニッケル−コバルト酸リチウムからなる正極活物質粉末が含まれる。
【0026】
ニッケル−コバルト共沈体原料粉末としては、水酸化物,オキシ水酸化物,酸化物が例示される。ニッケルとコバルトの原子比を例示すると、0.8:0.2である。また、ニッケルとコバルトのモル数の10%程度をアルミニウムやマンガンで置換してもよい。リチウム化合物としては、水酸化リチウムが例示される。含フッ素化合物としては、フッ化リチウム粉末が例示される。リチウム含有ニッケルコバルト複合酸化物のフッ素含量は、リチウム含有複合酸化物中の酸素2原子に対してモル比で0.001〜0.07が例示される。
【0027】
また、本発明には、珪素含量が5%未満の緻密なセラミックス被覆層を備えている上記焼成容器内に、ニッケル−コバルト−マンガン共沈体原料粉末,リチウム化合物および含フッ素化合物を混合して充填し、600〜1050℃の酸素含有雰囲気下で焼成してなる含フッ素−ニッケル−コバルト−マンガン酸リチウムからなる正極活物質粉末が含まれる。
【0028】
ニッケル−コバルト−マンガン共沈体原料粉末としては、水酸化物,オキシ水酸化物,酸化物が例示される。ニッケルとコバルトとマンガンの原子比を例示すると1:1:1である。ニッケルとマンガンのモル数は等モルであることが好ましく、その際のコバルトのモル数はニッケルとコバルトとマンガンの合計モル数に対して、0.1〜0.4モルが好適である。
【0029】
また、ニッケルとコバルトとマンガンの合計モル数の10%程度をアルミニウムやジルコニウムで置換してもよい。リチウム化合物としては、炭酸リチウム粉末や水酸化リチウム粉末が例示される。含フッ素化合物としては、フッ化リチウム粉末が例示される。リチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物のフッ素含量は、リチウム含有複合酸化物中の酸素2原子に対してモル比で0.001〜0.07が例示される。
【0030】
さらに、本発明には、上記した各種の正極活物質粉末からなる正極を備えているリチウムイオン二次電池も含まれる。
【0031】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0032】
本発明によるリチウムイオン二次電池用の正極活物質は、所定の原料粉末すなわち、
▲1▼コバルト化合物粉末,炭酸リチウム粉末および含フッ素化合物粉末を含む原料粉末、
▲2▼水酸化コバルト粉末と炭酸リチウム粉末とを含む原料粉末、
▲3▼ニッケル−コバルト共沈体原料粉末,リチウム化合物および含フッ素化合物を含む原料粉末、
▲4▼ニッケル−コバルト−マンガン共沈体原料粉末,リチウム化合物および含フッ素化合物を含む原料粉末、
のいずれかを選択して、容器基質の内面に珪素含量が5%未満の緻密なセラミックス被覆層を備えている焼成容器内で、600〜1050℃の酸素含有雰囲気下で焼成することにより得られる。
【0033】
上記正極活物質は、好ましくは球形をした粒子状であり、その平均粒径が好ましくは2〜15μm、特には3〜9μmであることが好ましい。平均粒径が2μmより小さい場合には、緻密な電極層を形成することが困難となり、逆に15μmを超えた場合には、平滑な電極層表面を形成するのが困難となるので好ましくない。
【0034】
本発明では、コバルト酸リチウムの酸素原子をフッ素原子で一部置換して電池の安全性を高めることを特徴とする。フッ素の含有量としては、酸素原子比で0.00001〜0.02(より好ましくは0.0005〜0.005)のフッ素が含有される。含フッ素化合物としては、フッ化リチウム,フッ化アンモニウム,フッ化アルミニウムなど等が例示される。
【0035】
本発明により製造される含フッ素コバルト酸リチウムには、必要に応じてコバルトを0.0001〜1モル%、他の金属元素で置換することにより電池特性を改良できるので好ましい。その置換元素としては、Zr,Mg,Ti,Al,Mn,Snなどが例示される。
【0036】
本発明では、コバルト源として、四三酸化コバルト,オキシ水酸化コバルトあるいは水酸化コバルトが使用される。なかでもプレス密度を高くできるので、コバルト原料として、一次粒子が多数凝集して二次粒子を形成するほぼ球状の水酸化コバルトあるいはオキシ水酸化コバルトを使用するのが好ましい。ここで、プレス密度とは、粉体を0.32t/cmの圧力でプレスしたときの体積と粉体重量から求めた数値を意味する。
【0037】
また、本発明の粒子状正極活物質の比表面積は0.2〜1m/gであるのが好ましい。比表面積が0.2m/gより小さい場合には、初期単位重量当りの放電容量が低下し、逆に1m/gを超える場合にも、初期単位体積当りの放電容量が低下し、本発明が目的とする優れた正極活物質は得られない。比表面積はなかでも、0.3〜0.7m/gが好適である。
【0038】
酸素含有雰囲気としては、酸素濃度を好ましくは10容量%以上、特に40容量%以上含む含酸素雰囲気が好ましい。上記各原料の種類,混合組成および焼成条件を変えることにより、本発明が目的とする優れた正極活物質を得ることができる。その一例として、上記焼成にあたって予備焼成することができる。予備焼成は、酸化雰囲気にて好ましくは450〜550℃で、好ましくは4〜20時間で行うのが好適である。
【0039】
本発明の粒子状の正極活物質から、リチウムイオン二次電池用の正極を得る方法は、常法に従って実施できる。例えば、本発明の正極活物質の粉末に、アセチレンブラック,黒鉛,ケッチエンブラックなどのカーボン系導電材と結合材とを混合することにより正極合剤が得られる。結合材には、ポリフッ化ビニリデン,ポリテトラフルオロエチレン,ポリアミド,カルボキシメチルセルロース,アクリル樹脂などが用いられる。
【0040】
上記の正極合剤を、N−メチルピロリドンなどの分散媒に分散させたスラリーをアルミニウム箔などの正極集電体に塗工・乾燥およびプレス圧延せしめて正極活物質層を正極集電体上に形成する。
【0041】
本発明の正極活物質を正極に使用するリチウムイオン二次電池において、電解質溶液の溶媒としては炭酸エステルが好ましい。炭酸エステルは環状,鎖状いずれも使用できる。環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート,エチレンカーボネート(EC)等が例示される。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネート(DEC),エチルメチルカーボネート,メチルプロピルカーボネート,メチルイソプロピルカーボネートなどが例示される。
【0042】
上記炭酸エステルは単独でも2種以上を混合して使用してもよい。また、他の溶媒と混合して使用してもよい。また、負極活物質の材料によっては、鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルを併用すると、放電特性,サイクル耐久性,充放電効率が改良できる場合がある。
【0043】
また、これらの有機溶媒にフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(例えばアトケム社製カイナー),フッ化ビニリデン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体を添加し、下記の溶質を加えることによりゲルポリマー電解質としても良い。
【0044】
電解質溶液の溶質としては、ClO−,CFSO−,BF−,PF−,AsF−,SbF−,CFCO−,(CFSON−などをアニオンとするリチウム塩のいずれか1種以上を使用することが好ましい。上記の電解質溶液またはポリマー電解質は、リチウム塩からなる電解質を上記溶媒または溶媒含有ポリマーに0.2〜2.0mol/Lの濃度で添加するのが好ましい。この範囲を逸脱すると、イオン伝導度が低下し、電解質の電気伝導度が低下する。より好ましくは0.5〜1.5mol/Lが選定される。セパレータには多孔質ポリエチレン、多孔質ポリプロピレンフィルムなどが使用される。
【0045】
本発明の正極活物質を正極に使用するリチウムイオン二次電池の負極活物質には、リチウムイオンを吸蔵,放出可能な材料が用いられる。負極活物質を形成する材料は特に限定されないが、例えばリチウム金属,リチウム合金,炭素材料,周期表14、15族の金属を主体とした酸化物,炭素化合物,炭化ケイ素化合物,酸化ケイ素化合物,硫化チタン,炭化ホウ素化合物などが挙げられる。
【0046】
炭素材料としては、様々な熱分解条件で有機物を熱分解したものや人造黒鉛,天然黒鉛,土壌黒鉛,膨張黒鉛,鱗片状黒鉛などを使用できる。また、酸化物としては、酸化スズを主体とする化合物が使用できる。負極集電体としては、銅箔,ニッケル箔などが用いられる。
【0047】
本発明における正極活物質を使用するリチウムイオン二次電池の形状には、特に制約はない。シート状(いわゆるフイルム状),折り畳み状,巻回型有底円筒形,ボタン形等が用途に応じて選択される。
【0048】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例と、その比較例について説明する。
【0049】
《実施例1》
0.8μmの一次粒子が50〜200個凝集してなるほぼ球状の平均粒径13μmのオキシ水酸化コバルト粉末,炭酸リチウム粉末およびフッ化リチウムの所定量を乾式混合した後、30cm角,深さ8cmの焼成容器に充填し、大気中において950℃にて14時間焼成した。焼成容器の器壁面に対する焼成粉末の付着は認められなかった。LiCoOからなる焼成粉末のフッ素含量は0.1重量%であった。
焼成容器として、基質がムライト質からなる成型体で、同成型体の内部表面にまず、ムライトを100μmの厚みにプラズマ溶射により被覆し、さらにAlMgOスピネルを100μmの厚みにプラズマ溶射により被覆した焼成容器を用いた。スピネル被覆層の気孔率は8%であった。
焼成後の粉末(正極活物質粉末)について、粉末の窒素吸着法により求めた比表面積は0.45m/gであり、レーザー散乱式粒度分布系で求めた平均粒径D50は13.8μmであった。
このようにして得た含フッ素LiCoO粉末とアセチレンブラックとポリテトラフルオロエチレン粉末とを、80/16/4の重量比で混合し、トルエンを添加しつつ混練,乾燥し、厚さ150μmの正極板を作製した。
そして、厚さ20μmのアルミニウム箔を正極集電体とし、セパレータには厚さ25μmの多孔質ポリプロピレンを用い、厚さ500μmの金属リチウム箔を負極に用い、負極集電体にニッケル箔20μmを使用し、電解液には1MLiPF/EC+DEC(1:1)を用いてステンレス製簡易密閉セルをアルゴングローブボックス内で組立てた。
この2個の電池について、まず、25℃にて正極活物質1gにつき75mAの負荷電流で4.3Vまで充電し、正極活物質1gにつき75mAの負荷電流で2.75Vまで放電して初期放電容量を求めた。
そして、一方の電池については、さらに充放電サイクル試験を30回行なった。また、他方の電池については、4.3Vで10時間充電し、アルゴングローブボックス内で解体し、充電後の正極体シートを取り出し、その正極体シートを洗滌後、径3mmに打ち抜き、ECとともにアルミカプセルに密閉し、5℃/分の速度で昇温して走査型差動熱量計にて発熱開始温度を測定した。
その結果、発熱開始温度は173℃であった。25℃,2.75〜4.3V,放電レート0.5Cにおける初期放電容量は160.4mAh/gであった。50回充放電サイクル後の容量維持率は83.9%であった。
本発明による上記焼成容器を10回反復使用したが焼成粉体の溶着,焼成容器の割れ,クラックおよび被覆層剥離などの異常は認められなかった。
【0050】
《実施例2》
実施例1において、ムライトとスピネルの溶射の代わりにアルミナプラズマ溶射被覆層のみを設けたムライト焼成容器を用いた他は、実施例1と同様に、オキシ水酸化コバルトと炭酸リチウムとフッ化リチウムとを混合し、焼成容器に充填して焼成することにより、含フッ素コバルト酸リチウムを製造した。
焼成粉体の焼成容器への付着は認められなかった。コバルト酸リチウム中のフッ素含量は0.03重量%であった。アルミナ被覆層の厚みは100μm,気孔率は9%であった。焼成後の粉末の窒素吸着法により求めた比表面積は0.32m/gであり、レーザー散乱式粒度分布計で求めた平均粒径D50は12.5μmであった。25℃,2.75〜4.3V,放電レート0.5Cにおける初期放電容量は160.0mAh/gであった。発熱開始温度は176℃であった。50回充放電サイクル後の容量維持率は82.0%であった。
同じ焼成容器を10回反復使用したところ、6回使用後、焼成容器のアルミナ層にごく一部剥離の兆候が認められたが、10回後において、容器の割れ,クラックは認められなかった。
【0051】
〈比較例1〉
アルミナ,ムライトあるいはスピネルが被覆されていないムライト質成型容器を使用した他は、実施例1と同様な方法で正極活物質を製造し、組成分析と物性測定ならびに電池性能試験を行った。ムライト成型容器の気孔率は25%であり、焼成の結果、焼成粉体が成型容器に溶着して排出できなかった。
【0052】
〈比較例2〉
比較例1のムライト成型容器の代わりに、純アルミナ質成型容器を使用したほかは実施例1と同様な方法で焼成試験を行った結果、アルミナ質成型容器は焼成時に破損した。
【0053】
《実施例3》
0.6μmの一次粒子が50〜200個凝集してなるほぼ球状の平均粒径13μmの水酸化コバルト粉末と、炭酸リチウム粉末とを所定量乾式混合した後、30cm角,深さ8cmの焼成容器に混合粉末を充填し、大気中において950℃にて14時間焼成した。
焼成容器には、実施例1と同じく、基質がムライト質からなる成型体で、同成型体の内部表面にまず、ムライトを100μmの厚みにプラズマ溶射により被覆し、さらにAlMgOスピネルを100μmの厚みにプラズマ溶射により被覆したものを用いた(スピネル被覆層の気孔率は8%)。
焼成後の粉末(正極活物質粉末)について、粉末の窒素吸着法により求めた比表面積は0.37m/gであり、レーザー散乱式粒度分布系で求めた平均粒径D50は11.8μmであった。焼成後の粉末中の四三酸化コバルト含量をCu−Kα線を用いた粉末X線回折法により定量した結果、四三酸化コバルト含量は0.2重量%以下であった。
このようにして得たLiCoO粉末とアセチレンブラックとポリテトラフルオロエチレン粉末とを80/16/4の重量比で混合し、トルエンを添加しつつ混練し、乾燥させて厚さ150μmの正極板を作製した。
そして、厚さ20μmのアルミニウム箔を正極集電体とし、セパレータには厚さ25μmの多孔質ポリプロピレンを用い、厚さ500μmの金属リチウム箔を負極に用い、負極集電体にニッケル箔20μmを使用し、電解液には1MLiPF/EC+DEC(1:1)を用いてステンレス製簡易密閉セルをアルゴングローブボックス内で組立てた。
この電池について、まず25℃にて正極活物質1gにつき75mAの負荷電流で4.3Vまで充電し、正極活物質1gにつき75mAの負荷電流で2.75Vまで放電して初期放電容量を求めた。さらに、充放電サイクル試験を50回行った。25℃,2.75〜4.3V,放電レート0.5Cにおける初期放電容量は160.4mAh/gであった。50回充放電サイクル後の容量維持率は86.9%であった。
本発明による上記焼成容器を10回反復使用したが焼成容器の割れ,クラックおよび被覆層剥離などの異常は認められず、また、コバルト酸リチウム中の四三酸化コバルト含量は0.2重量%以下であった。
【0054】
《実施例4》
実施例3において、スピネルの溶射を行わず、アルミナ溶射被覆層のみを設けたムライト焼成容器を用いた他は、実施例3と同様に、水酸化コバルトと炭酸リチウムを混合し、焼成容器に充填して焼成することにより、コバルト酸リチウムを製造した。コバルト酸リチウム中の四三酸化コバルト含量は0.2重量%以下であった。アルミナ被覆層の厚みは100μm,気孔率は9%であった。
焼成後の粉末の窒素吸着法により求めた比表面積は0.32m/gであり、レーザー散乱式粒度分布計で求めた平均粒径D50は12.5μmであった。25℃,2.75〜4.3V,放電レート0.5Cにおける初期放電容量は160.0mAh/gであった。50回充放電サイクル後の容量維持率は92.0%であった。
同じ焼成容器を10回反復使用したところ、いずれもコバルト酸リチウム中の四三酸化コバルト含量は0.2重量%以下であった。10回使用後、焼成容器のアルミナ層に一部剥離の兆候が認められたが、容器の割れやクラックは認められなかった。
【0055】
〈比較例3〉
アルミナあるいはスピネルが被覆されていないムライト質成型容器を使用した他は、実施例3と同様な方法でLiCoOからなる正極活物質を製造し、組成分析と物性測定ならびに電池性能試験を行った。ムライト質成型容器の気孔率は25%であった。焼成の結果、生成コバルト酸リチウム中の四三酸化コバルト含量は8.6%であった。
また、焼成後の粉末の窒素吸着法により求めた比表面積は0.46m/gであり、レーザー散乱式粒度分布計で求めた平均粒径D50は13.3μmであった。25℃,2.75〜4.3V,放電レート0.5Cにおける初期放電容量は140.5mAh/gであった。50回充放電サイクル後の容量維持率は79.4%であった。
【0056】
〈比較例4〉
ムライト質成型容器の代わりに、純アルミナ質成型容器を使用したほかは実施例4と同様な方法で焼成試験を行った結果、アルミナ容器は焼成時に破損した。
【0057】
《実施例5》
硫酸ニッケルと硫酸コバルトと硫酸マンガンの混合水溶液に、アンモニアおよび苛性ソーダ水溶液を添加して共沈水酸化物を合成し、ろ過,乾燥後、500℃で焼成し、ニッケル−コバルト−マンガン共沈酸化物を合成した。
これに炭酸リチウム粉末とフッ化リチウム粉末とを添加,混合し、実施例1で用いたと同じ焼成容器(すなわち、基質がムライト質からなる成型体を用い、同成型体の内部表面にまず、ムライトを100μmの厚みにプラズマ溶射により被覆し、さらにAlMgOスピネルを100μmの厚みにプラズマ溶射により被覆した焼成容器で、スピネル被覆層の気孔率が8%のもの。)を使用して、900℃,15時間,40%酸素含有雰囲気中で焼成後、解砕した。焼成容器に対する焼成粉の付着などの異常は認められなかった。
焼成粉を分析した結果、LiNi1/3Co1/3Mn1/31.970.03であった。平均粒径は10.2μm,比表面積は0.8m/gであった。実施例1と同様にして電池性能を評価した結果、放電容量は163mAh/g,50サイクル後の容量維持率は96%,発熱開始温度は255℃であった。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、容器基質の内面に珪素含量が5%未満の緻密なセラミックス被覆層を備えている焼成容器を用いて、リチウム含有複合酸化物からなる正極活物質粉末の原料粉末を焼成することにより、不純物含量が少ない正極活物質粉末が得られる。また、フッ素化合物を含む正極活物質粉末にあっては、焼成時にその含フッ素化合物が焼成容器に溶着することがないため、焼成容器から容易に取り出すことができる。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a firing container for firing a predetermined raw material powder to obtain a positive electrode active material powder of a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material powder obtained by firing, and a lithium ion comprising the same positive electrode active material powder The present invention relates to a secondary battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as various electronic devices have become more portable and cordless, demand for non-aqueous electrolyte secondary batteries that are small, lightweight, and have high energy density has increased, and have superior characteristics compared to before. Development for non-aqueous electrolyte secondary batteries is desired.
[0003]
For the positive electrode material of the non-aqueous electrolyte secondary battery, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 Etc. are preferably used, especially LiCoO. 2 Is widely used in terms of safety and capacity. As this material is charged, the lithium in the crystal lattice becomes lithium ions and desorbs into the electrolyte, while the lithium ions are reversibly inserted from the electrolyte into the crystal lattice along with the discharge. The function as an active material is expressed.
[0004]
As a method for producing lithium cobaltate, mixing and firing lithium carbonate and various cobalt sources is industrially carried out. In this industrial production, cobalt trioxide or cobalt oxyhydroxide is mainly used as a cobalt source.
[0005]
By the way, when the present inventors conducted a small-scale synthesis experiment using cobalt hydroxide, which is a precursor of cobalt tetroxide or cobalt oxyhydroxide as a cobalt source, there is an effect that the cost of the positive electrode material can be reduced. In addition, it was found that the use of specific cobalt hydroxide can improve battery capacity, safety, and cycle characteristics.
[0006]
However, as a next step, a test was conducted in which cobalt hydroxide and lithium carbonate were mixed and filled in a firing container and fired on a mass production scale. As a result, the amount of by-product cobalt oxide in the resulting lithium cobaltate was significantly increased. As a result, it has been found that there is a problem in that characteristics such as battery capacity decrease. In addition, when tribasic cobalt oxide or cobalt oxyhydroxide was used as a raw material, such difficulty in mass production was not observed.
[0007]
In addition, as a method for producing fluorine-containing lithium cobaltate, lithium carbonate, various cobalt sources, and fluorine-containing compounds are mixed and fired. As the cobalt source, tribasic cobalt oxide, cobalt oxyhydroxide, or cobalt hydroxide is used.
[0008]
However, as a result of a test in which a cobalt compound, lithium carbonate, and a fluorine-containing compound were mixed and filled in a large mullite firing container and fired, the fired powder was welded to the container wall surface of the container, It has been found that there is a problem that the fired powder cannot be discharged.
[0009]
Similarly, when the nickel-cobalt coprecipitated hydroxide, nickel-cobalt-manganese coprecipitated hydroxide and their coprecipitated oxyhydroxide or coprecipitated oxide powder, lithium compound and fluorine-containing compound powder are mixed and fired, When a mullite firing container is used as the firing container, there is a problem that the active material powder is welded to the vessel wall surface and is not discharged from the container, or a part of the container is separated and mixed into the active material powder.
[0010]
In addition, it replaces with the said mullite baking container, and MgAl proposed in patent documents 1 2 O 4 The above various active material powders were fired using a spinel container of the above, but may be damaged easily due to thermal shock and mechanical shock during firing, the amount of by-product cobalt oxide increases, There are problems such as welding to the vessel wall. And MgAl 2 O 4 Spinel containers are expensive.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2002-216758 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the content of impurities when firing lithium-containing composite oxides or fluorine-containing lithium composite oxide powders, and to prevent the positive electrode active materials from being deposited on the vessel wall surface without the fluorine-containing compounds being deposited. The object is to provide a firing container capable of firing the material powder and to obtain a positive electrode active material powder suitable for a lithium ion secondary battery by firing in the firing container.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a positive electrode active material powder firing container for use in firing a predetermined raw material powder to obtain a positive electrode active material powder comprising a lithium-containing composite oxide. And a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5%.
[0014]
If the silicon content is 5% or more, silicon and fluorine compounds or lithium compounds are likely to react with each other, and there is a possibility that the fired powder will be welded to the vessel wall surface. Most preferably it is free of silicon. If the ceramic coating layer is not dense, the lithium source and fluorine compound are absorbed into the coating layer, permeated through the coating layer and absorbed into the container substrate, or consumed and welded by chemical reaction with the container substrate. Since it becomes easy, it is not preferable.
[0015]
In order to suppress welding due to the reaction of the fluorine-containing compound with the container substrate, the ceramic coating layer is preferably made of at least one of spinel, macnesia, zirconia, and alumina having low chemical reactivity with the fluorine-containing compound. As the alumina, α-alumina having a poor chemical reactivity with lithium or fluorine is optimal.
[0016]
The porosity of the ceramic coating layer is preferably 15% or less. When the porosity exceeds 15%, the fluorine-containing compound is consumed by welding to the vessel wall surface or causing a chemical reaction with the vessel wall surface. A more preferable porosity is 10% or less.
[0017]
The thickness of the ceramic coating layer is preferably 50 to 500 μm. When the thickness is less than 50 μm, the durability of the coating layer becomes poor, and the fluorine-containing compound permeates the coating layer and is easily absorbed by the container substrate, which is not preferable. On the other hand, when the thickness exceeds 500 μm, interfacial peeling is likely to occur between the coating layer and the container substrate, which is not preferable.
[0018]
When spinel is used as the ceramic coating layer, Al is one of the spinels. 2 MgO 4 Can form a dense coating layer and has low chemical reactivity with the fluorine-containing compound, so that the fluorine-containing compound in the raw material powder does not weld to the firing container, which is particularly preferable. Al 2 MgO 4 As a lower layer of the layer, for example, by providing a mullite layer or an alumina layer by plasma spraying, Al 2 MgO 4 The adhesion between the layer and the container substrate can be further increased.
[0019]
The container substrate of the firing container according to the present invention is preferably porous mullite or cordierite from the viewpoint of heat resistance, thermal shock resistance and mechanical shock resistance. On the other hand, pure alumina is not preferred because it has poor thermal shock resistance and mechanical shock resistance and is expensive.
[0020]
In the present invention, various positive electrode active material powders suitable for lithium ion secondary batteries obtained by firing predetermined raw material powders using the above firing container provided with a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5% (Lithium-containing composite oxide).
[0021]
It is known that when lithium is contained in the lithium-containing composite oxide, the safety of the lithium ion secondary battery is improved. However, by performing the firing in the firing container, the fluorine-containing compound is added to the vessel wall surface. A positive electrode active material powder made of fluorine-containing lithium cobalt oxide can be obtained without welding.
[0022]
Therefore, in the present invention, a cobalt compound powder, a lithium carbonate powder, and a fluorine-containing compound powder are mixed and filled in the fired container provided with a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5%. The positive electrode active material powder which consists of a fluorine-containing lithium cobaltate baked in 1050 degreeC oxygen containing atmosphere is contained.
[0023]
Further, in the present invention, a cobalt hydroxide powder and a lithium carbonate powder are mixed and filled in the firing container provided with a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5%, at 600 to 1050 ° C. A positive electrode active material powder made of lithium cobaltate that is fired in an oxygen-containing atmosphere is included.
[0024]
Since the firing container has a dense ceramic coating layer, the lithium source is hardly absorbed and absorbed by the coating layer or permeated through the coating layer to cause a chemical reaction with the container substrate. Therefore, an increase in the amount of by-product cobalt trioxide in the produced lithium cobaltate can be suppressed.
[0025]
Further, in the present invention, a nickel-cobalt coprecipitate raw material powder, a lithium compound, and a fluorine-containing compound are mixed and filled in the firing vessel provided with a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5%. , A positive electrode active material powder made of fluorine-containing-nickel-lithium cobaltate that is fired in an oxygen-containing atmosphere at 600 to 1050 ° C. is included.
[0026]
Examples of the nickel-cobalt coprecipitate raw material powder include hydroxides, oxyhydroxides, and oxides. An example of the atomic ratio of nickel and cobalt is 0.8: 0.2. Further, about 10% of the number of moles of nickel and cobalt may be replaced with aluminum or manganese. Examples of the lithium compound include lithium hydroxide. An example of the fluorine-containing compound is lithium fluoride powder. The fluorine content of the lithium-containing nickel-cobalt composite oxide is exemplified by a molar ratio of 0.001 to 0.07 with respect to 2 atoms of oxygen in the lithium-containing composite oxide.
[0027]
Further, in the present invention, a nickel-cobalt-manganese coprecipitate raw material powder, a lithium compound, and a fluorine-containing compound are mixed in the firing container provided with a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5%. A positive electrode active material powder made of fluorine-containing nickel-cobalt-lithium manganate that is filled and fired in an oxygen-containing atmosphere at 600 to 1050 ° C. is included.
[0028]
Examples of the nickel-cobalt-manganese coprecipitate raw material powder include hydroxides, oxyhydroxides, and oxides. An example of the atomic ratio of nickel, cobalt, and manganese is 1: 1: 1. The number of moles of nickel and manganese is preferably equimolar, and the number of moles of cobalt is preferably 0.1 to 0.4 moles relative to the total number of moles of nickel, cobalt and manganese.
[0029]
Further, about 10% of the total number of moles of nickel, cobalt and manganese may be replaced with aluminum or zirconium. Examples of the lithium compound include lithium carbonate powder and lithium hydroxide powder. An example of the fluorine-containing compound is lithium fluoride powder. The fluorine content of the lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide is exemplified by a molar ratio of 0.001 to 0.07 with respect to 2 atoms of oxygen in the lithium-containing composite oxide.
[0030]
Furthermore, the present invention also includes a lithium ion secondary battery including a positive electrode made of the various positive electrode active material powders described above.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
[0032]
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention is a predetermined raw material powder, that is,
(1) Raw material powder containing cobalt compound powder, lithium carbonate powder and fluorine-containing compound powder,
(2) Raw material powder containing cobalt hydroxide powder and lithium carbonate powder,
(3) Nickel-cobalt coprecipitate raw material powder, raw material powder containing lithium compound and fluorine-containing compound,
(4) Nickel-cobalt-manganese coprecipitate raw material powder, raw material powder containing lithium compound and fluorine-containing compound,
Can be selected and fired in an atmosphere containing oxygen at 600 to 1050 ° C. in a firing container having a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5% on the inner surface of the container substrate. .
[0033]
The positive electrode active material is preferably in the form of a spherical particle, and the average particle diameter is preferably 2 to 15 μm, particularly 3 to 9 μm. If the average particle size is smaller than 2 μm, it is difficult to form a dense electrode layer. Conversely, if it exceeds 15 μm, it is difficult to form a smooth electrode layer surface, which is not preferable.
[0034]
In the present invention, the oxygen atom of lithium cobaltate is partially substituted with a fluorine atom to improve battery safety. As content of fluorine, 0.00001-0.02 (more preferably 0.0005-0.005) fluorine is contained by oxygen atomic ratio. Examples of the fluorine-containing compound include lithium fluoride, ammonium fluoride, and aluminum fluoride.
[0035]
The fluorine-containing lithium cobalt oxide produced according to the present invention is preferable because the battery characteristics can be improved by substituting cobalt with 0.0001 to 1 mol%, if necessary, with another metal element. Examples of the substitution element include Zr, Mg, Ti, Al, Mn, and Sn.
[0036]
In the present invention, cobalt tetraoxide, cobalt oxyhydroxide, or cobalt hydroxide is used as the cobalt source. In particular, since the press density can be increased, it is preferable to use substantially spherical cobalt hydroxide or cobalt oxyhydroxide in which a large number of primary particles are aggregated to form secondary particles as a cobalt raw material. Here, the press density means that the powder is 0.32 t / cm. 2 It means a numerical value obtained from the volume and powder weight when pressed at a pressure of.
[0037]
The specific surface area of the particulate positive electrode active material of the present invention is 0.2-1 m. 2 / G is preferred. Specific surface area is 0.2m 2 If it is smaller than / g, the discharge capacity per initial unit weight decreases, and conversely, 1 m 2 Even when the amount exceeds / g, the discharge capacity per initial unit volume decreases, and the excellent positive electrode active material intended by the present invention cannot be obtained. Specific surface area is 0.3-0.7m 2 / G is preferred.
[0038]
As the oxygen-containing atmosphere, an oxygen-containing atmosphere containing an oxygen concentration of preferably 10% by volume or more, particularly 40% by volume or more is preferable. By changing the type, mixed composition and firing conditions of each of the above raw materials, the excellent positive electrode active material targeted by the present invention can be obtained. As an example, preliminary firing can be performed in the firing. Pre-baking is preferably performed in an oxidizing atmosphere at 450 to 550 ° C., preferably 4 to 20 hours.
[0039]
A method for obtaining a positive electrode for a lithium ion secondary battery from the particulate positive electrode active material of the present invention can be carried out according to a conventional method. For example, a positive electrode mixture can be obtained by mixing a carbon-based conductive material such as acetylene black, graphite, and Ketchen black with a binder in the positive electrode active material powder of the present invention. As the binder, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyamide, carboxymethyl cellulose, acrylic resin, or the like is used.
[0040]
A slurry in which the above positive electrode mixture is dispersed in a dispersion medium such as N-methylpyrrolidone is applied to a positive electrode current collector such as an aluminum foil, dried, and press-rolled to form a positive electrode active material layer on the positive electrode current collector. Form.
[0041]
In the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material of the present invention for the positive electrode, a carbonate is preferable as the solvent of the electrolyte solution. Carbonates can be either cyclic or chain. Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate and ethylene carbonate (EC). Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, and the like.
[0042]
The carbonate ester may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may mix and use with another solvent. Depending on the material of the negative electrode active material, the combined use of a chain carbonate ester and a cyclic carbonate ester may improve the discharge characteristics, cycle durability, and charge / discharge efficiency.
[0043]
In addition, a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (for example, Kyner manufactured by Atchem Co.) or a vinylidene fluoride-perfluoropropyl vinyl ether copolymer is added to these organic solvents, and a gel polymer electrolyte is added by adding the following solute. It is also good.
[0044]
As the solute of the electrolyte solution, ClO 4 -, CF 3 SO 3 -, BF 4 -, PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, CF 3 CO 2 -, (CF 3 SO 2 ) 2 It is preferable to use at least one lithium salt having N- or the like as an anion. In the above electrolyte solution or polymer electrolyte, an electrolyte composed of a lithium salt is preferably added to the solvent or solvent-containing polymer at a concentration of 0.2 to 2.0 mol / L. If it deviates from this range, the ionic conductivity is lowered, and the electrical conductivity of the electrolyte is lowered. More preferably, 0.5 to 1.5 mol / L is selected. A porous polyethylene, a porous polypropylene film, etc. are used for a separator.
[0045]
A material capable of occluding and releasing lithium ions is used for the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material of the present invention for the positive electrode. The material for forming the negative electrode active material is not particularly limited. For example, lithium metal, lithium alloy, carbon material, periodic table 14, oxides mainly composed of group 15 metals, carbon compounds, silicon carbide compounds, silicon oxide compounds, sulfides Examples include titanium and boron carbide compounds.
[0046]
As the carbon material, those obtained by pyrolyzing organic substances under various pyrolysis conditions, artificial graphite, natural graphite, soil graphite, expanded graphite, scale-like graphite, and the like can be used. As the oxide, a compound mainly composed of tin oxide can be used. As the negative electrode current collector, copper foil, nickel foil or the like is used.
[0047]
There is no restriction | limiting in particular in the shape of the lithium ion secondary battery which uses the positive electrode active material in this invention. A sheet shape (so-called film shape), a folded shape, a wound-type bottomed cylindrical shape, a button shape, or the like is selected depending on the application.
[0048]
【Example】
Next, specific examples of the present invention and comparative examples thereof will be described.
[0049]
Example 1
After dry mixing a predetermined amount of cobalt oxyhydroxide powder, lithium carbonate powder and lithium fluoride having an average spherical particle diameter of 13 μm formed by agglomeration of 50 to 200 primary particles of 0.8 μm, 30 cm square, depth An 8 cm baking container was filled and baked at 950 ° C. for 14 hours in the air. No adhesion of the fired powder to the vessel wall of the fired container was observed. LiCoO 2 The fluorine content of the fired powder consisting of was 0.1% by weight.
As a firing container, the molded body is made of mullite, and the inner surface of the molded body is first coated with mullite to a thickness of 100 μm by plasma spraying. 2 MgO 4 A firing vessel in which spinel was coated to a thickness of 100 μm by plasma spraying was used. The porosity of the spinel coating layer was 8%.
About the powder (positive electrode active material powder) after firing, the specific surface area determined by the nitrogen adsorption method of the powder is 0.45 m. 2 The average particle diameter D50 determined by the laser scattering type particle size distribution system was 13.8 μm.
The fluorine-containing LiCoO thus obtained. 2 Powder, acetylene black, and polytetrafluoroethylene powder were mixed at a weight ratio of 80/16/4, and kneaded and dried while adding toluene to produce a positive electrode plate having a thickness of 150 μm.
Then, 20 μm thick aluminum foil is used as the positive electrode current collector, 25 μm thick porous polypropylene is used as the separator, 500 μm thick metal lithium foil is used as the negative electrode, and nickel foil 20 μm is used as the negative electrode current collector. And 1M LiPF as the electrolyte 6 A simple stainless steel sealed cell was assembled in an argon glove box using / EC + DEC (1: 1).
The two batteries were first charged at 25 ° C. with a load current of 75 mA per gram of the positive electrode active material to 4.3 V, and discharged to 2.75 V with a load current of 75 mA per gram of the positive electrode active material. Asked.
And about one battery, the charge / discharge cycle test was further performed 30 times. The other battery is charged at 4.3 V for 10 hours, disassembled in an argon glove box, the positive electrode sheet after charging is taken out, the positive electrode sheet is washed, punched out to a diameter of 3 mm, and aluminum together with EC. The capsule was sealed, heated at a rate of 5 ° C./min, and the heat generation starting temperature was measured with a scanning differential calorimeter.
As a result, the heat generation start temperature was 173 ° C. The initial discharge capacity at 25 ° C., 2.75 to 4.3 V, and a discharge rate of 0.5 C was 160.4 mAh / g. The capacity retention rate after 50 charge / discharge cycles was 83.9%.
The above firing container according to the present invention was repeatedly used 10 times, but no abnormalities such as welding of the fired powder, cracking of the fired container, cracking and peeling of the coating layer were observed.
[0050]
Example 2
In Example 1, cobalt oxyhydroxide, lithium carbonate, and lithium fluoride were used in the same manner as in Example 1 except that a mullite firing container provided with only an alumina plasma spray coating layer was used instead of spraying mullite and spinel. Were mixed, filled in a firing container and fired to produce a fluorine-containing lithium cobalt oxide.
Adhesion of the fired powder to the fired container was not observed. The fluorine content in the lithium cobalt oxide was 0.03% by weight. The alumina coating layer had a thickness of 100 μm and a porosity of 9%. The specific surface area determined by the nitrogen adsorption method of the powder after firing is 0.32 m. 2 The average particle diameter D50 determined by a laser scattering particle size distribution analyzer was 12.5 μm. The initial discharge capacity at 25 ° C., 2.75 to 4.3 V, and a discharge rate of 0.5 C was 160.0 mAh / g. The heat generation starting temperature was 176 ° C. The capacity retention rate after 50 charge / discharge cycles was 82.0%.
When the same firing container was repeatedly used 10 times, a sign of partial peeling was observed in the alumina layer of the firing container after 6 times of use, but no cracking or cracking of the container was observed after 10 times.
[0051]
<Comparative example 1>
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that a mullite molded container not coated with alumina, mullite or spinel was used, and composition analysis, physical property measurement, and battery performance test were performed. The porosity of the mullite molded container was 25%. As a result of firing, the fired powder was welded to the molded container and could not be discharged.
[0052]
<Comparative example 2>
As a result of performing a firing test in the same manner as in Example 1 except that a pure alumina molded container was used instead of the mullite molded container of Comparative Example 1, the alumina molded container was damaged during firing.
[0053]
Example 3
A predetermined amount of cobalt hydroxide powder having an average spherical particle diameter of 13 μm formed by agglomeration of 50 to 200 primary particles of 0.6 μm and lithium carbonate powder are dry-mixed in a predetermined amount, and then a firing container of 30 cm square and 8 cm depth. The mixed powder was filled and fired at 950 ° C. for 14 hours in the air.
As in Example 1, the firing container was a molded body made of mullite, and the inner surface of the molded body was first coated with mullite to a thickness of 100 μm by plasma spraying, and further Al 2 MgO 4 A spinel having a thickness of 100 μm coated by plasma spraying was used (the porosity of the spinel coating layer was 8%).
About the powder (positive electrode active material powder) after baking, the specific surface area calculated | required by the nitrogen adsorption method of powder is 0.37 m 2 The average particle diameter D50 determined by a laser scattering type particle size distribution system was 11.8 μm. As a result of quantifying the content of cobalt trioxide in the powder after firing by a powder X-ray diffraction method using Cu-Kα rays, the content of cobalt trioxide was 0.2% by weight or less.
LiCoO obtained in this way 2 Powder, acetylene black and polytetrafluoroethylene powder were mixed at a weight ratio of 80/16/4, kneaded while adding toluene, and dried to prepare a positive electrode plate having a thickness of 150 μm.
Then, 20 μm thick aluminum foil is used as the positive electrode current collector, 25 μm thick porous polypropylene is used as the separator, 500 μm thick metal lithium foil is used as the negative electrode, and nickel foil 20 μm is used as the negative electrode current collector. And 1M LiPF as the electrolyte 6 A simple stainless steel sealed cell was assembled in an argon glove box using / EC + DEC (1: 1).
The battery was first charged to 25 V at a load current of 75 mA per gram of the positive electrode active material at 25 ° C. and discharged to 2.75 V at a load current of 75 mA per gram of the positive electrode active material to obtain an initial discharge capacity. Furthermore, the charge / discharge cycle test was performed 50 times. The initial discharge capacity at 25 ° C., 2.75 to 4.3 V, and a discharge rate of 0.5 C was 160.4 mAh / g. The capacity retention rate after 50 charge / discharge cycles was 86.9%.
The above firing container according to the present invention was repeatedly used 10 times, but no abnormalities such as cracking, cracking and peeling of the coating layer were observed in the firing container, and the content of cobalt tetroxide in lithium cobaltate was 0.2% by weight or less. Met.
[0054]
Example 4
In Example 3, except that spinel was not sprayed and a mullite firing container provided with only an alumina spray coating layer was used, as in Example 3, cobalt hydroxide and lithium carbonate were mixed and filled in the firing container. Then, lithium cobaltate was produced by firing. The content of cobalt tetroxide in lithium cobaltate was 0.2% by weight or less. The alumina coating layer had a thickness of 100 μm and a porosity of 9%.
The specific surface area determined by the nitrogen adsorption method of the powder after firing is 0.32 m. 2 The average particle diameter D50 determined by a laser scattering type particle size distribution meter was 12.5 μm. The initial discharge capacity at 25 ° C., 2.75 to 4.3 V, and a discharge rate of 0.5 C was 160.0 mAh / g. The capacity retention rate after 50 charge / discharge cycles was 92.0%.
When the same baking container was repeatedly used 10 times, in all cases, the content of cobalt tetroxide in the lithium cobalt oxide was 0.2% by weight or less. After 10 times of use, some signs of peeling were observed in the alumina layer of the firing container, but no cracks or cracks were observed in the container.
[0055]
<Comparative Example 3>
LiCoO was prepared in the same manner as in Example 3 except that a mullite molded container not coated with alumina or spinel was used. 2 A positive electrode active material was produced, and composition analysis, physical property measurement and battery performance test were performed. The porosity of the mullite molded container was 25%. As a result of the firing, the content of cobalt tetroxide in the produced lithium cobaltate was 8.6%.
Moreover, the specific surface area calculated | required by the nitrogen adsorption method of the powder after baking is 0.46 m. 2 The average particle size D50 determined by a laser scattering particle size distribution analyzer was 13.3 μm. The initial discharge capacity at 25 ° C., 2.75 to 4.3 V, and a discharge rate of 0.5 C was 140.5 mAh / g. The capacity retention rate after 50 charge / discharge cycles was 79.4%.
[0056]
<Comparative example 4>
As a result of performing a firing test in the same manner as in Example 4 except that a pure alumina molded container was used instead of the mullite molded container, the alumina container was damaged during firing.
[0057]
Example 5
To the mixed aqueous solution of nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate, ammonia and caustic soda aqueous solution are added to synthesize a coprecipitated hydroxide, filtered, dried and calcined at 500 ° C. Synthesized.
Lithium carbonate powder and lithium fluoride powder were added to and mixed with this, and the same baking container as used in Example 1 (that is, a molded body made of mullite as a substrate was used. Is coated by plasma spraying to a thickness of 100 μm, and Al 2 MgO 4 A firing container in which spinel is coated to a thickness of 100 μm by plasma spraying, and the spinel coating layer has a porosity of 8%. ) And then pulverized after firing in an atmosphere containing 40% oxygen at 900 ° C. for 15 hours. Abnormalities such as adhesion of the fired powder to the fired container were not observed.
As a result of analyzing the calcined powder, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 1.97 F 0.03 Met. Average particle size is 10.2 μm, specific surface area is 0.8 m 2 / G. As a result of evaluating the battery performance in the same manner as in Example 1, the discharge capacity was 163 mAh / g, the capacity retention after 50 cycles was 96%, and the heat generation start temperature was 255 ° C.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a positive electrode active material powder made of a lithium-containing composite oxide using a firing container having a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5% on the inner surface of the container substrate. The positive electrode active material powder with a small impurity content can be obtained by firing the raw material powder. Moreover, in the positive electrode active material powder containing a fluorine compound, since the fluorine-containing compound does not weld to the firing container during firing, it can be easily taken out from the firing container.

Claims (11)

所定の原料粉末を焼成してリチウム含有複合酸化物からなる正極活物質粉末を得る際に用いられる正極活物質粉末用の焼成容器において、
容器基質の内面に、珪素含量が5%未満の緻密なセラミックス被覆層を備えていることを特徴とする正極活物質粉末用の焼成容器。
In a firing container for a positive electrode active material powder used when firing a predetermined raw material powder to obtain a positive electrode active material powder comprising a lithium-containing composite oxide,
A firing container for a positive electrode active material powder, characterized in that a dense ceramic coating layer having a silicon content of less than 5% is provided on the inner surface of a container substrate.
上記セラミックス被覆層がスピネルおよびアルミナの少なくとも1種からなる請求項1に記載の正極活物質粉末用の焼成容器。The firing container for positive electrode active material powder according to claim 1, wherein the ceramic coating layer is made of at least one of spinel and alumina. 上記セラミックス被覆層の気孔率が15%以下である請求項1または2に記載の正極活物質粉末用の焼成容器。The firing container for positive electrode active material powder according to claim 1 or 2, wherein the ceramic coating layer has a porosity of 15% or less. 上記セラミックス被覆層の厚みが50〜500μmである請求項1,2または3に記載の正極活物質粉末用の焼成容器。The firing container for positive electrode active material powder according to claim 1, wherein the ceramic coating layer has a thickness of 50 to 500 μm. 上記セラミックス被覆層を構成するスピネルがAlMgOである請求項1ないし4のいずれか1項に記載の正極活物質粉末用の焼成容器。The firing container for positive electrode active material powder according to any one of claims 1 to 4, wherein the spinel constituting the ceramic coating layer is Al 2 MgO 4 . 上記容器基質がムライトもしくはコージェライトである請求項1ないし5のいずれか1項に記載の正極活物質粉末用の焼成容器。The firing container for positive electrode active material powder according to any one of claims 1 to 5, wherein the container substrate is mullite or cordierite. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の焼成容器内に、コバルト化合物粉末,炭酸リチウム粉末および含フッ素化合物粉末を混合して充填し、600〜1050℃の酸素含有雰囲気下で焼成してなることを特徴とする含フッ素コバルト酸リチウムからなる正極活物質粉末。In the firing container according to any one of claims 1 to 6, a cobalt compound powder, a lithium carbonate powder and a fluorine-containing compound powder are mixed and filled, and fired in an oxygen-containing atmosphere at 600 to 1050 ° C. A positive electrode active material powder comprising a fluorine-containing lithium cobalt oxide. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の焼成容器内に、水酸化コバルト粉末と炭酸リチウム粉末とを混合して充填し、600〜1050℃の酸素含有雰囲気下で焼成してなることを特徴とするコバルト酸リチウムからなる正極活物質粉末。The firing container according to any one of claims 1 to 6, wherein cobalt hydroxide powder and lithium carbonate powder are mixed and filled, and fired in an oxygen-containing atmosphere at 600 to 1050 ° C. A positive electrode active material powder composed of lithium cobalt oxide. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の焼成容器内に、ニッケル−コバルト共沈体原料粉末,リチウム化合物および含フッ素化合物を混合して充填し、600〜1050℃の酸素含有雰囲気下で焼成してなることを特徴とする含フッ素−ニッケル−コバルト酸リチウムからなる正極活物質粉末。In the firing container according to any one of claims 1 to 6, a nickel-cobalt coprecipitate raw material powder, a lithium compound and a fluorine-containing compound are mixed and filled, and an oxygen-containing atmosphere at 600 to 1050 ° C is filled. A positive electrode active material powder made of fluorine-containing nickel-lithium cobaltate, which is fired. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の焼成容器内に、ニッケル−コバルト−マンガン共沈体原料粉末,リチウム化合物および含フッ素化合物を混合して充填し、600〜1050℃の酸素含有雰囲気下で焼成してなることを特徴とする含フッ素−ニッケル−コバルト−マンガン酸リチウムからなる正極活物質粉末。The firing container according to any one of claims 1 to 6, wherein nickel-cobalt-manganese coprecipitate raw material powder, a lithium compound and a fluorine-containing compound are mixed and filled, and an oxygen-containing atmosphere at 600 to 1050 ° C. A positive electrode active material powder made of fluorine-containing nickel-cobalt-lithium manganate, which is fired underneath. 請求項7ないし10のいずれか1項に記載の正極活物質粉末からなる正極を備えていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode comprising the positive electrode active material powder according to any one of claims 7 to 10.
JP2003069314A 2003-03-14 2003-03-14 Baked container for positive active material powder, positive active material powder, and lithium ion secondary battery Pending JP2004281163A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003069314A JP2004281163A (en) 2003-03-14 2003-03-14 Baked container for positive active material powder, positive active material powder, and lithium ion secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003069314A JP2004281163A (en) 2003-03-14 2003-03-14 Baked container for positive active material powder, positive active material powder, and lithium ion secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004281163A true JP2004281163A (en) 2004-10-07
JP2004281163A5 JP2004281163A5 (en) 2006-03-23

Family

ID=33286373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003069314A Pending JP2004281163A (en) 2003-03-14 2003-03-14 Baked container for positive active material powder, positive active material powder, and lithium ion secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004281163A (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005104771A (en) * 2003-09-30 2005-04-21 Tanaka Chemical Corp Cobalt oxyhydroxide particle and method for producing the same
JP2008277265A (en) * 2007-03-30 2008-11-13 Nippon Chem Ind Co Ltd Lithium transition metal complex oxide for lithium-ion secondary battery cathode active material, method of manufacturing lithium transition metal complex oxide, cathode active material for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery
JP2009292704A (en) * 2008-06-09 2009-12-17 Noritake Co Ltd Sagger for producing positive electrode active material of lithium ion battery
JP2011042573A (en) * 2010-10-26 2011-03-03 Tanaka Chemical Corp Cobalt oxyhydroxide particle
JP2011201762A (en) * 2010-03-01 2011-10-13 Ngk Insulators Ltd Sheath
KR101161139B1 (en) 2007-11-29 2012-07-02 주식회사 엘지화학 Improved Furnace for Manufacture of Lithium-Metal Oxide and Process for Preparing the Same
KR101159102B1 (en) * 2008-01-16 2012-07-03 주식회사 엘지화학 Furnace for Manufacture of Lithium-Metal Oxide and Process for Preparing the Same
JP5005100B1 (en) * 2011-03-30 2012-08-22 東京窯業株式会社 Heat treatment container for positive electrode active material for lithium ion battery and method for producing the same
WO2013073633A1 (en) * 2011-11-16 2013-05-23 Agcセイミケミカル株式会社 Method for producing lithium-containing composite oxide
US8980475B2 (en) 2010-06-25 2015-03-17 Basf Se Process for preparing lithium mixed metal oxides and their use as cathode material
CN111564612A (en) * 2020-04-07 2020-08-21 江门市科恒实业股份有限公司 High-thermal-conductivity and high-electrical-conductivity lithium battery positive electrode material and preparation method thereof
CN111592052A (en) * 2020-05-25 2020-08-28 蜂巢能源科技有限公司 Lithium nickel manganese oxide composite material, preparation method thereof and lithium ion battery
CN112030220A (en) * 2020-09-14 2020-12-04 桑顿新能源科技有限公司 Nickel cobalt lithium manganate single crystal and preparation method thereof
US11152603B2 (en) 2016-06-13 2021-10-19 Research Institute Of Industrial Science & Technology Saggar for firing active material of lithium secondary battery, and method for manufacturing active material using same

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005104771A (en) * 2003-09-30 2005-04-21 Tanaka Chemical Corp Cobalt oxyhydroxide particle and method for producing the same
JP4669214B2 (en) * 2003-09-30 2011-04-13 株式会社田中化学研究所 Cobalt oxyhydroxide particles and method for producing the same
JP2008277265A (en) * 2007-03-30 2008-11-13 Nippon Chem Ind Co Ltd Lithium transition metal complex oxide for lithium-ion secondary battery cathode active material, method of manufacturing lithium transition metal complex oxide, cathode active material for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery
KR101161139B1 (en) 2007-11-29 2012-07-02 주식회사 엘지화학 Improved Furnace for Manufacture of Lithium-Metal Oxide and Process for Preparing the Same
KR101159102B1 (en) * 2008-01-16 2012-07-03 주식회사 엘지화학 Furnace for Manufacture of Lithium-Metal Oxide and Process for Preparing the Same
JP2009292704A (en) * 2008-06-09 2009-12-17 Noritake Co Ltd Sagger for producing positive electrode active material of lithium ion battery
JP2011201762A (en) * 2010-03-01 2011-10-13 Ngk Insulators Ltd Sheath
US8980475B2 (en) 2010-06-25 2015-03-17 Basf Se Process for preparing lithium mixed metal oxides and their use as cathode material
JP2011042573A (en) * 2010-10-26 2011-03-03 Tanaka Chemical Corp Cobalt oxyhydroxide particle
JP5005100B1 (en) * 2011-03-30 2012-08-22 東京窯業株式会社 Heat treatment container for positive electrode active material for lithium ion battery and method for producing the same
WO2012131791A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 東京窯業株式会社 Heat treatment vessel for lithium-containing compound and method for producing same
KR101448417B1 (en) 2011-03-30 2014-10-07 토쿄 요교 가부시키가이샤 Container for heat treatment of positive-electrode active material of lithium ion batterery and method for producing same
US9733019B2 (en) 2011-03-30 2017-08-15 Tyk Corporation Container for heat treatment of positive-electrode active material for lithium-ion battery and method for producing the same
WO2013073633A1 (en) * 2011-11-16 2013-05-23 Agcセイミケミカル株式会社 Method for producing lithium-containing composite oxide
US11152603B2 (en) 2016-06-13 2021-10-19 Research Institute Of Industrial Science & Technology Saggar for firing active material of lithium secondary battery, and method for manufacturing active material using same
CN111564612A (en) * 2020-04-07 2020-08-21 江门市科恒实业股份有限公司 High-thermal-conductivity and high-electrical-conductivity lithium battery positive electrode material and preparation method thereof
CN111592052A (en) * 2020-05-25 2020-08-28 蜂巢能源科技有限公司 Lithium nickel manganese oxide composite material, preparation method thereof and lithium ion battery
CN111592052B (en) * 2020-05-25 2022-04-12 蜂巢能源科技股份有限公司 Lithium nickel manganese oxide composite material, preparation method thereof and lithium ion battery
CN112030220A (en) * 2020-09-14 2020-12-04 桑顿新能源科技有限公司 Nickel cobalt lithium manganate single crystal and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4943145B2 (en) Positive electrode active material powder for lithium secondary battery
JP4318313B2 (en) Positive electrode active material powder for lithium secondary battery
JP4221371B2 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery and method for producing the same
US7018741B2 (en) Particulate positive electrode active material for a lithium secondary cell
JP5080808B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery and method for producing the same
JP4092064B2 (en) Lithium secondary battery
JP4109847B2 (en) Lithium-containing transition metal composite oxide and method for producing the same
JP4276442B2 (en) Positive electrode active material powder for lithium secondary battery
JP3974420B2 (en) Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery
JPWO2004082046A1 (en) Positive electrode active material powder for lithium secondary battery
JP2002145623A (en) Lithium-containing transition metal multiple oxide and manufacturing method thereof
JP4470053B2 (en) Method for producing lithium cobalt composite oxide
JP2008153017A (en) Positive active material for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP4268613B2 (en) Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery
JP4344359B2 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery and method for producing the same
JP4777543B2 (en) Method for producing lithium cobalt composite oxide
JP2004281163A (en) Baked container for positive active material powder, positive active material powder, and lithium ion secondary battery
JP3974396B2 (en) Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery
JP2004006277A (en) Positive electrode material for lithium secondary batteries, rechargeable battery therewith and manufacturing process thereof
JP4082855B2 (en) Lithium secondary battery
JP2006196293A (en) Manufacturing method of positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JPH11339802A (en) Manufacture of positive active material for lithium secondary battery
JP2014167873A (en) Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, process of manufacturing the same, and lithium ion secondary battery
JP4199506B2 (en) Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery
JP2003146662A (en) Lithium-nickel-manganese complex oxide, method for manufacturing the same and use of the same

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060206

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060206

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090212

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090318

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090722