JP2005340186A - リチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体及びその製造方法と、それを用いたリチウム二次電池用正極、並びにリチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体及びその製造方法と、それを用いたリチウム二次電池用正極、並びにリチウム二次電池 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】組成が下記(I)式で表され、40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率が5×105Ω・cm以下であり、かつ、含有炭素濃度をC(重量%)、BET比表面積をS(m2/g)とした場合、C/S値が0.025以下であるリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。限定された組成範囲において、体積抵抗率を規定値以下とし、更に含有炭素濃度を著しく低減させたものとすることにより、低コスト化、高安全性化と電池性能の向上との両立が可能となる。
Li1+zNixMnyCo1−x−yOδ …(I)
(但し、0<z≦0.91、0.1≦x≦0.55、0.20≦y≦0.90、0.50≦x+y≦1、1.9≦δ≦3)
Description
Li1+zNixMnyCo1−x−yOδ …(I)
(但し、0<z≦0.91、0.1≦x≦0.55、0.20≦y≦0.90、0.50≦x+y≦1、1.9≦δ≦3)
Li1+zNixMnyCo1−x−yO2 …(II)
(但し、0<z≦0.15、0.20≦x≦0.55、0.20≦y≦0.55、0.50≦x+y≦1)
更に、式(I)及び式(II)において、Mn/Ni原子比率を表わすy/xが、0.95≦y/x≦2.5であることが好ましい。
本発明のリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体は、組成が下記(I)式で表され、40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率が5×105Ω・cm以下であり、かつ、含有炭素濃度をC(重量%)、BET比表面積をS(m2/g)とした場合、C/S値が0.025以下であることを特徴とする。
Li1+zNixMnyCo1−x−yOδ …(I)
(但し、0<z≦0.91、0.1≦x≦0.55、0.20≦y≦0.90、0.50≦x+y≦1、1.9≦δ≦3)
ったり、電池性能低下を招きやすくなる。
Li1+zNixMnyCo1−x−yO2 …(II)
(但し、0<z≦0.15、0.20≦x≦0.55、0.20≦y≦0.55、0.50≦x+y≦1)
シート状のリチウム二次電池を作製し、これをエタノール浴中に浸して体積を測定した後、60℃において0.5Cの定電流充電を行い、4.25Vに到達した後、定電圧充電に切り替え、1週間連続充電を行う。この電池を冷却させた後、エタノール浴中に浸して体積を測定し、連続充電の前後の体積変化から発生したガス量を求める。
本発明の層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物は、例えば、ニッケル化合物、マンガン化合物、コバルト化合物を液体媒体中に分散させたスラリーを噴霧乾燥後、リチウム化合物と混合し、該混合物を焼成して製造することができる。
本発明のリチウム二次電池用正極は、本発明のリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体及び結着剤を含有する正極活物質層を集電体上に形成してなるものである。
本発明のリチウム二次電池は、リチウムを吸蔵・放出可能な上記の本発明のリチウム二次電池用正極と、リチウムを吸蔵・放出可能な負極と、リチウム塩を電解塩とする非水電解質とを備える。更に、正極と負極との間に、非水電解質を保持するセパレータを備えていても良い。正極と負極との接触による短絡を効果的に防止するには、このようにセパレータを介在させるのが望ましい。
結晶相:粉末X線回折パターンにより同定した。
比表面積S:BET法により求めた。
平均一次粒子径B:30,000倍のSEM画像により求めた。
二次粒子のメジアン径A:超音波分散5分後に測定した。
二次粒子の90%積算径(D90):超音波分散5分後に測定した。
嵩密度:試料粉体5〜10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク
約20mmで200回タップした時の粉体充填密度として求めた。
含有炭素濃度C:数十〜100mgの試料を空焼きした磁性るつぼに秤り取り、助燃剤
を加えて、酸素気流中、高周波加熱炉で炭素を燃焼抽出した。燃焼ガ
ス中のCO2を、(株)堀場製作所製:EMIA−520炭素硫黄分
析計を使用して、非分散赤外吸光光度法により定量した。感度較正に
は社団法人日本鉄鋼連盟製「150−15低合金鋼1号」(C保証値
:0.469重量%)を使用した。
体積抵抗率:粉体抵抗率測定装置(ダイアインスツルメンツ社製:ロレスターGP粉体
抵抗率測定システム)を用い、試料重量3gとし、粉体用プローブユニッ
ト(四探針・リング電極、電極間隔5.0mm、電極半径1.0mm、試
料半径12.5mm)により、印加電圧リミッタを90Vとして、種々加
圧下の粉体の体積抵抗率〔Ω・cm〕を測定し、40MPaの圧力下にお
ける体積抵抗率の値について比較した。
Ni(OH)2、Mn3O4及びCo(OH)2を、Ni:Mn:Co=1:1:1のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.15μmに粉砕した。
Ni(OH)2、Mn3O4及びCo(OH)2を、Ni:Mn:Co=2:2:1のモル比となるように秤量して混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.15μmに粉砕した。
Ni(OH)2、Mn3O4及びCo(OH)2を、Ni:Mn:Co=1:1:1のモル比となるように秤量し、混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機を用いてスラリー中の固形分を平均粒子径0.21μmに粉砕した。
実施例1と同様にして調製したスラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末(BET比表面積:46m2/g)に、平均粒子径20μm以下に粉砕したLiOH粉末をLi/(Ni+Mn+Co)モル比にして1.20の比で添加した。この混合前粉末約6gを100ml広口ポリ瓶に入れ、密栓して20分間手振り混合した。この焼成前混合物をアルミナ製るつぼに仕込み、空気流通下、950℃で10時間焼成(昇降温速度5℃/min)した後、解砕して、組成がLi1.20Ni0.33Mn0.33Co0.34O2の層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を得た。この平均一次粒径Bは0.5μmで、メジアン径Aは11.2μm、90%積算径(D90)は18.5μm、嵩密度は2.0g/cc、BET比表面積は0.817m2/g、含有炭素濃度は0.029重量%であり、C/S値は0.035であった。体積抵抗率は3.6×103Ω・cmであった。
実施例2と同様にして調製したスラリーを湿式粉砕処理することなくスプレードライヤーにより噴霧乾燥して得られた粒子状粉末(BET比表面積:48m2/g)に、平均粒子径20μm以下に粉砕したLiOH粉末をLi/(Ni+Mn+Co)モル比にして1.05の比で添加した。この混合前粉末約13gを100ml広口ポリ瓶に入れ、密栓して20分間手振り混合した。この焼成前混合物をアルミナ製るつぼに仕込み、空気流通下、950℃で10時間焼成(昇降温速度5℃/min)した後、解砕して、組成がLi0.99Ni0.40Mn0.40Co0.20O2の層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を得た。この平均一次粒径Bは0.5μmで、メジアン径Aは8.3μm、90%積算径(D90)は12.9μm、嵩密度は1.8g/cc、BET比表面積は1.010m2/g、含有炭素濃度は0.014重量%であり、C/S値は0.014であった。体積抵抗率は6.1×106Ω・cmであった。
Ni:Mn:Co=1:1:1のモル比からなる共沈複合水酸化物粉末(BET比表面積:6m2/g)に、平均粒子径20μm以下に粉砕したLiOH粉末をLi/(Ni+Mn+Co)モル比にして1.10の比で添加した。この混合前粉末約13gを100ml広口ポリ瓶に入れ、密栓して20分間手振り混合した。この焼成前混合物をアルミナ製角鉢に仕込み、空気流通下、900℃で12時間焼成(昇降温速度5℃/min)した後、解砕して、組成がLi1.03Ni0.33Mn0.33Co0.34O2の層状構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を得た。この平均一次粒径Bは1μmで、メジアン径Aは14.4μm、90%積算径(D90)は20.0μm、嵩密度は2.4g/cc、BET比表面積は0.460m2/g、含有炭素濃度は0.043重量%であり、C/S値は0.093であった。体積抵抗率は4.6×104Ω・cmであった。
Ni(OH)2、Mn3O4及びCo(OH)2を、Ni:Mn:Co=19:19:2のモル比となるように秤量して混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.16μmに粉砕した。
実施例1〜3及び比較例1〜4で製造した層状リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体を用いて、以下の方法で電池の作製及び評価を行った。
実施例1〜3及び比較例1〜4で製造した層状リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体を各々75重量%、アセチレンブラック20重量%、ポリテトラフルオロエチレンパウダー5重量%の割合で秤量したものを乳鉢で十分混合し、薄くシート状にしたものを9mmφのポンチを用いて打ち抜いた。この際、全体重量は約8mgになるように調整した。これをアルミニウムエキスパンドメタルに圧着して、9mmφの正極とした。
実施例1〜3及び比較例1〜4で製造した層状リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物粉体を各々75重量%、アセチレンブラック20重量%、ポリテトラフルオロエチレンパウダー5重量%の割合で秤量したものを乳鉢で十分混合し、薄くシート状にしたものを9mmφ及び12mmφのポンチを用いて打ち抜いた。この際、全体重量は各々約8mmg、約18mgになるように調整した。これをアルミニウムエキスパンドメタルに圧着して、9mmφ及び12mmφの正極とした。
正極活物質重量[g]/負極活物質重量[g]
=(Qf[mAh/g]/1.2)Qs(C)[mAh/g]
1C[mA]=Qs(D)×正極活物質重量[g]/h
R[Ω]=△V[mV]/0.5C[mA]
Claims (9)
- 組成が下記(I)式で表され、
40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率が5×105Ω・cm以下であり、かつ、
含有炭素濃度をC(重量%)、BET比表面積をS(m2/g)とした場合、C/S値が0.025以下である
ことを特徴とするリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。
Li1+zNixMnyCo1−x−yOδ …(I)
(但し、0<z≦0.91、0.1≦x≦0.55、0.20≦y≦0.90、0.50≦x+y≦1、1.9≦δ≦3) - 組成が下記(II)式で表され、
40MPaの圧力で圧密した時の体積抵抗率が5×105Ω・cm以下であり、かつ、
含有炭素濃度をC(重量%)、BET比表面積をS(m2/g)とした場合、C/S値が0.025以下である
ことを特徴とするリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。
Li1+zNixMnyCo1−x−yO2 …(II)
(但し、0<z≦0.15、0.20≦x≦0.55、0.20≦y≦0.55、0.50≦x+y≦1) - 請求項1又は2において、式(I)及び式(II)における、Mn/Ni原子比率を表わすy/xが、0.95≦y/x≦2.5であることを特徴とするリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。
- 請求項1乃至3のいずれか1項において、含有炭素濃度Cが0.025重量%以下であることを特徴とするリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。
- 請求項1乃至4のいずれか1項において、嵩密度が1.5g/cc以上で、平均一次粒子径Bが0.1〜3μm、二次粒子のメジアン径Aが3〜20μmの範囲にあることを特徴とするリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。
- 請求項1乃至5のいずれか1項において、BET比表面積が0.2〜2.5m2/gであることを特徴とするリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体。
- ニッケル化合物、マンガン化合物、及びコバルト化合物を、液体媒体中で平均粒子径0.3μm以下まで粉砕し、均一に分散させたスラリーを噴霧乾燥して、一次粒子が凝集して二次粒子を形成してなる粉体とした後、リチウム化合物と十分に混合し、該混合物を酸素含有ガス雰囲気中で焼成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体の製造方法。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載のリチウム二次電池正極材料用層状リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体と結着剤とを含有する正極活物質層を集電体上に有することを特徴とするリチウム二次電池用正極。
- リチウムを吸蔵・放出可能な負極、リチウム塩を含有する非水電解質、及びリチウムを吸蔵・放出可能な正極を備えたリチウム二次電池であって、正極として請求項8に記載のリチウム二次電池用正極を用いたことを特徴とするリチウム二次電池。
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