JP2006024413A - Substance, battery using the substance, and manufacturing method for the substance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極材料などとして好適な物質およびそれを用いた電池、並びにその物質の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a substance suitable as an electrode material, a battery using the same, and a method for producing the substance.
近年の携帯用電子機器の発展、進歩は目覚しく、これに用いられる電池に対する小型化、軽量化および高容量化の要求が急激に増してきている。このような要求に応える電池としては、例えばリチウム二次電池がある。リチウム二次電池は、他の電池に比べて高容量を得ることができるが、更なる改善が望まれており、その1つに正極材料の開発がある。 The development and progress of portable electronic devices in recent years have been remarkable, and the demands for miniaturization, weight reduction and high capacity for the batteries used therein have increased rapidly. An example of a battery that meets such a requirement is a lithium secondary battery. Lithium secondary batteries can obtain a higher capacity than other batteries, but further improvements are desired, and one of them is the development of positive electrode materials.
リチウム二次電池の正極材料としては、例えば、Co3 O4 ,Fe2 O3 ,Ni2 O3 ,CoFe2 O4 ,リン化コバルト,窒化コバルト,バナジン酸マンガン,Li4 Ti5 O12またはLi6 Fe2 O3 などのカルコゲナイト型のものがある(例えば、特許文献1参照)。このカルコゲナイト型の材料の中には、古くから非常に大きな容量を有するものがあることが知られていた(例えば、非特許文献1参照)。しかし、従来は、リチウム(Li)が吸蔵される際に、金属元素の価数変化を小さくして結晶構造を保つように制御しており、その容量は非常に小さいものに留まっていた。カルコゲナイト型の材料はサイクル特性が悪く、大きな容量は不可逆な反応によるものと考えられていたからである。 Examples of the positive electrode material of the lithium secondary battery include Co 3 O 4 , Fe 2 O 3 , Ni 2 O 3 , CoFe 2 O 4 , cobalt phosphide, cobalt nitride, manganese vanadate, Li 4 Ti 5 O 12 or There is a chalcogenite type such as Li 6 Fe 2 O 3 (for example, see Patent Document 1). It has been known that some chalcogenite type materials have a very large capacity for a long time (see, for example, Non-Patent Document 1). However, conventionally, when lithium (Li) is occluded, the valence change of the metal element is controlled to be small so as to maintain the crystal structure, and the capacity remains very small. This is because the chalcogenite type material has poor cycle characteristics, and a large capacity is considered to be caused by an irreversible reaction.
これに対して、タラスコン(Tarascon)氏らは、カルコゲナイト型の材料をナノサイズに加工して特殊な電極構造とすることにより、リチウムを吸蔵する際に結晶構造が壊れるもの、すなわちリチウムをインターカレート(結晶内に取り込む)することができない材料でも、金属元素を酸化数がほぼ零になるまで還元させてサイクルさせていることを見出し、カルコゲナイト型の材料の大きな容量は不可逆な反応によるものではないことを証明した。 In contrast, Tarascon et al. Developed a special electrode structure by processing a chalcogenite-type material into a nano-size, which breaks the crystal structure when lithium is occluded, that is, intercalates lithium. Even if the material cannot be taken into the crystal, it is found that the metal element is reduced and cycled until the oxidation number becomes almost zero, and the large capacity of the chalcogenite type material is not due to an irreversible reaction. Prove that not.
これにより、カルコゲナイト型の材料の研究が進み、近年では、ナノサイズに加工しなくても、また特殊な電極構造としなくても、サイクル特性は悪いものの可逆性を持つことが確認されている。よって、このカルコゲナイト型の材料は、今後の研究により1600Wh/lもの容量を与えると予想されており、将来の電池に必要な材料と考えられている。
しかしながら、この材料は理論上得られるはずの容量が未だ得られていないという問題があった。 However, this material has a problem that a capacity that should be theoretically obtained has not yet been obtained.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高い容量を得ることができる電池、並びにその材料として好適な物質、およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a battery capable of obtaining a high capacity, a substance suitable as the material thereof, and a manufacturing method thereof.
本発明による物質は、リチウム(Li)とコバルト(Co)と酸素(O)とのうちの少なくともコバルトと酸素とを含み、それらの組成比が化1に示した範囲内のものである。
(化1)
Lia CoOb
(式中、aおよびbは0≦a<3.6、1.4≦b<1.5の範囲内の値である。)
The substance according to the present invention contains at least cobalt and oxygen among lithium (Li), cobalt (Co), and oxygen (O), and the composition ratio thereof is within the range shown in Chemical Formula 1.
(Chemical formula 1)
Li a CoO b
(In the formula, a and b are values within the range of 0 ≦ a <3.6 and 1.4 ≦ b <1.5.)
本発明による電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、正極は、リチウムとコバルトと酸素とのうちの少なくともコバルトと酸素とを含み、それらの組成比が化2に示した範囲内である物質を含有するものである。
(化2)
Lia CoOb
(式中、aおよびbは0≦a<3.6、1.4≦b<1.5の範囲内の値である。)
A battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the positive electrode includes at least cobalt and oxygen among lithium, cobalt, and oxygen, and the composition ratio thereof is shown in chemical formula 2. It contains substances that are within.
(Chemical formula 2)
Li a CoO b
(In the formula, a and b are values within the range of 0 ≦ a <3.6 and 1.4 ≦ b <1.5.)
本発明による物質の製造方法は、リチウムとコバルトと酸素とのうちの少なくともコバルトと酸素とを含み、それらの組成比が化3に示した範囲内である物質を製造するものであって、コバルトの原料として炭酸コバルトを用い、炭酸コバルトを180℃以上250℃以下の温度で焼成する工程を含むものである。
(化3)
Lia CoOb
(式中、aおよびbは0≦a<3.6、1.4≦b<1.5の範囲内の値である。)
A method of manufacturing a substance according to the present invention is a process for manufacturing a substance containing at least cobalt and oxygen among lithium, cobalt, and oxygen, the composition ratio of which is within the range shown in Chemical Formula 3, This includes a step of using cobalt carbonate as a raw material and baking the cobalt carbonate at a temperature of 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
(Chemical formula 3)
Li a CoO b
(In the formula, a and b are values within the range of 0 ≦ a <3.6 and 1.4 ≦ b <1.5.)
本発明の物質によれば、酸素の組成比bを1.4以上1.5未満の範囲内とするようにしたので、電気化学的、可逆的に反応可能なリチウムの量を多くすることができる。よって、例えば電池の正極材料として用いれば、容量を向上させることができる。 According to the substance of the present invention, the composition ratio b of oxygen is set in the range of 1.4 or more and less than 1.5, so that the amount of lithium that can react electrochemically and reversibly can be increased. it can. Therefore, for example, when used as a positive electrode material of a battery, the capacity can be improved.
本発明の物質の製造方法によれば、コバルトの原料として炭酸コバルトを用い、180℃以上250℃以下で焼成するようにしたので、本発明の物質を容易に得ることができる。 According to the method for producing a substance of the present invention, since cobalt carbonate is used as a cobalt raw material and is fired at 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, the substance of the present invention can be easily obtained.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の一実施の形態に係る物質は、コバルトと酸素、またはリチウムとコバルトと酸素とを含み、それらの組成比が化4に示した範囲内のものである。
(化4)
Lia CoOb
(式中、aはコバルト1molに対するリチウムのモル比、bはコバルト1molに対する酸素のモル比であり、それぞれ0≦a<3.6、1.4≦b<1.5の範囲内の値である。)
The substance according to one embodiment of the present invention contains cobalt and oxygen, or lithium, cobalt and oxygen, and the composition ratio thereof is within the range shown in Chemical Formula 4.
(Chemical formula 4)
Li a CoO b
(Wherein, a is a molar ratio of lithium to 1 mol of cobalt, b is a molar ratio of oxygen to 1 mol of cobalt, and values within the ranges of 0 ≦ a <3.6 and 1.4 ≦ b <1.5, respectively. is there.)
この物質は、リチウムとの電気化学的な酸化還元反応においてコバルトの価数が1以下、ほぼ零まで還元されるものである。すなわち、リチウムとの電気化学的な酸化還元反応において還元状態のコバルト金属が存在する。よって、この物質はリチウムを含まない場合にはコバルト酸リチウムとして存在し、リチウムを含む場合には、リチウムの量に応じて、酸化リチウム相と、コバルト金属相と、酸化コバルト相とが混在した状態、または酸化リチウム相と、コバルト金属相とが混在した状態となっている。また、場合によっては、コバルト酸リチウム相が存在していてもよい。但し、コバルト金属相の大きさは非常に小さく数nm程度である考えられており、各相を明確に区別することは難しいので、リチウムとコバルトと酸素との化合物と見ることもできる。 This substance is a substance in which the valence of cobalt is reduced to 1 or less and substantially zero in an electrochemical redox reaction with lithium. That is, cobalt metal in a reduced state exists in an electrochemical redox reaction with lithium. Therefore, when this substance does not contain lithium, it exists as lithium cobaltate. When lithium is contained, depending on the amount of lithium, a lithium oxide phase, a cobalt metal phase, and a cobalt oxide phase are mixed. The state or the lithium oxide phase and the cobalt metal phase are mixed. In some cases, a lithium cobaltate phase may be present. However, the size of the cobalt metal phase is considered to be very small, about several nanometers, and since it is difficult to clearly distinguish each phase, it can be regarded as a compound of lithium, cobalt, and oxygen.
この物質では、酸素の組成比bがCo3 O4 よりも大きく、Co2 O3 よりも小さくなっており、これにより、電気化学的に反応可能なリチウムの量を多くすることができるようになっている。 In this material, the composition ratio b of oxygen is larger than Co 3 O 4 and smaller than Co 2 O 3 , so that the amount of lithium that can be electrochemically reacted can be increased. It has become.
なお、酸素の組成比bは、電気化学的にリチウムを取り出して酸化コバルトとしたのち、その酸化コバルトに含まれるコバルトの量を分析し、酸化コバルトの重量からコバルトの重量を引いた残りの重量を全て酸素と仮定して酸素の量を求め、その酸素の量をコバルトの量で割った化学量論比である。 The oxygen composition ratio b is the remaining weight obtained by electrochemically extracting lithium into cobalt oxide, analyzing the amount of cobalt contained in the cobalt oxide, and subtracting the weight of cobalt from the weight of cobalt oxide. Is the stoichiometric ratio obtained by determining the amount of oxygen assuming that all are oxygen, and dividing the amount of oxygen by the amount of cobalt.
この物質は、例えば、コバルトの原料を焼成して組成がCoOb の酸化コバルトを合成したのち、必要に応じてリチウムを電気化学的に反応させることにより得ることができる。コバルトの原料としては、炭酸コバルト(CoCO3 )が好ましい。硝酸コバルト(CoNO3 )あるいは硫酸コバルト(CoSO4 )などでは、酸素の組成比bが小さいものしか得られないからである。また、焼成温度は、180℃以上250℃以下の範囲内とすることが好ましい。焼成温度を調節することにより酸素の組成比bを制御することができ、この範囲内において目的とする組成比bを得ることができるからである。焼成時の雰囲気は特に規定するものではない。 This material can be, for example, the composition was calcined cobalt raw material After combining the cobalt oxide CoO b, obtained by electrochemically reacting with lithium as needed. As a raw material of cobalt, cobalt carbonate (CoCO 3 ) is preferable. This is because cobalt nitrate (CoNO 3 ) or cobalt sulfate (CoSO 4 ) or the like can be obtained only with a small oxygen composition ratio b. The firing temperature is preferably in the range of 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. This is because the composition ratio b of oxygen can be controlled by adjusting the firing temperature, and the target composition ratio b can be obtained within this range. The atmosphere during firing is not particularly specified.
この酸化物は、例えば、正極材料として次のような二次電池に用いられる。 This oxide is used, for example, in the following secondary battery as a positive electrode material.
図1は、本実施の形態に係る酸化物を用いた二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池はいわゆるコイン型といわれるものであり、外装缶11内に収容された円板状の正極12と、外装カップ13内に収容された円板状の負極14とが、セパレータ15を介して積層されたものである。セパレータ15には液状の電解質である電解液が含浸されており、外装缶11および外装カップ13の周縁部はガスケット16を介してかしめられることにより密閉されている。外装缶11および外装カップ13は、例えば、ステンレスあるいはアルミニウム(Al)などの金属によりそれぞれ構成されている。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery using an oxide according to this embodiment. This secondary battery is a so-called coin-type battery. The disc-shaped
正極12は、例えば、正極集電体12Aと、正極集電体12Aに設けられた正極活物質層12Bとを有している。正極集電体12Aは、例えば、銅箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層12Bは、例えば、正極活物質として本実施の形態に係る物質を含有しており、必要に応じて、カーボンブラックあるいはグラファイトなどの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどのバインダと共に構成されている。また、他の正極活物質を更に含んでいてもよい。
The
負極14は、例えば、負極集電体14Aと、負極集電体14Aに設けられた負極活物質層14Bとを有している。負極集電体14Aは、例えば、銅箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
The
負極活物質層14Bは、例えば、負極活物質として、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料、リチウム金属、あるいはリチウム合金のうちのいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて、ポリフッ化ビニリデンなどのバインダと共に構成されている。リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、例えば、炭素材料,金属化合物,スズ,スズ合金,ケイ素,ケイ素合金あるいは導電性ポリマが挙げられ、これらのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。炭素材料としては、黒鉛,難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化性炭素などが挙げられ、金属化合物としてはスピネル構造を有するリチウムチタン複合酸化物(Li4 Ti5 O12),酸化タングステン(WO2 ),酸化ニオブ(Nb2 O5 )あるいは酸化スズ(SnO)などの酸化物が挙げられ、導電性ポリマとしてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。中でも、炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。
The negative electrode
セパレータ15は、正極12と負極14とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ15は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていても良い。
The
電解液は、溶媒に電解質塩を溶解させたものであり、電解質塩が電離することによりイオン伝導性を示すようになっている。電解質塩としては、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 ),過塩素酸リチウム(LiClO4 ),六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 ),四フッ化ホウ素リチウム(LiBF4 ),トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )あるいはビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )2 )などのリチウム塩が挙げられる。電解質塩はいずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a solvent, and exhibits ion conductivity when the electrolyte salt is ionized. Examples of the electrolyte salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium boron tetrafluoride (LiBF 4 ), and trifluoromethanesulfonic acid. Examples thereof include lithium salts such as lithium (LiCF 3 SO 3 ) or bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ). Any one electrolyte salt may be used alone, or two or more electrolyte salts may be mixed and used.
溶媒としては、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、γーブチロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、3−メチル−1,3−ジオキソラン、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルあるいは炭酸ジプロピルなどの非水溶媒が好ましい。溶媒にはいずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 3- Nonaqueous solvents such as methyl-1,3-dioxolane, methyl propionate, methyl butyrate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate or dipropyl carbonate are preferred. Any one of the solvents may be used alone, or two or more may be mixed and used.
この二次電池は、例えば次のようにして製造することができる。 This secondary battery can be manufactured, for example, as follows.
まず、例えば、上述した酸化物と、必要に応じて導電剤およびバインダとを混合して正極合剤を調製し、N−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状としたのち、正極集電体12Aに塗布して溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層12Bを形成し、正極12とする。
First, for example, a positive electrode mixture is prepared by mixing the above-described oxide and, if necessary, a conductive agent and a binder, and dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to form a paste. The positive electrode
次いで、例えば、負極活物質と、必要に応じてバインダとを混合して負極合剤を調製し、N−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状としたのち、負極集電体14Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型して負極活物質層14Bを形成し、負極14とする。また例えば、負極集電体14Aに蒸着あるいはめっきなどにより負極活物質層14Bを形成し、負極14とする。
Next, for example, a negative electrode active material and, if necessary, a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, which is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone and pasted into a negative electrode current collector. It is applied to 14A, the solvent is dried, and compression molding is performed by a roll press or the like to form the negative electrode
続いて、外装カップ13の中央部に負極14およびセパレータ15をこの順に置き、セパレータ15の上から電解液を注ぎ、正極12を入れた外装缶11を被せてガスケット17を介してかしめる。これにより、図1に示した二次電池が形成される。
Subsequently, the
この二次電池では、放電を行うと、例えば、負極14からリチウムイオンが離脱するかまたはリチウム金属がリチウムイオンとなって溶出し、電解液を介して正極活物質層12Bと反応する。充電を行うと、例えば、正極活物質層12Bからリチウムイオンが離脱し、電解液を介して負極14に吸蔵されるかまたはリチウム金属となって析出する。その際、正極活物質層12Bでは、上述した物質においてリチウムとの酸化還元反応が起こり、完全放電時にはコバルトの価数が1以下のほぼ零まで還元されて、還元状態のコバルト金属と酸化リチウムとが存在する。この物質は上述したように酸素の組成比bが調節されているので、反応可能なリチウムの量が多くなっている。
In this secondary battery, when discharged, for example, lithium ions are released from the
このように本実施の形態によれば、酸素の組成比bを1.4以上1.5未満の範囲内とするようにしたので、電気化学的、可逆的に反応可能なリチウムの量を多くすることができる。よって、電池の正極材料として用いれば、電池の容量を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the composition ratio b of oxygen is set within the range of 1.4 or more and less than 1.5, so that the amount of lithium that can be electrochemically and reversibly reacted is increased. can do. Therefore, when used as a positive electrode material of a battery, the capacity of the battery can be improved.
また、コバルトの原料として炭酸コバルトを用い、原料を180℃以上250℃以下で焼成するようにしたので、本実施の形態に係る酸化物を容易に得ることができる。 In addition, since cobalt carbonate is used as a cobalt raw material and the raw material is fired at 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, the oxide according to this embodiment can be easily obtained.
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
(実施例1〜6)
まず、コバルトの原料として炭酸コバルト粉末を用意し、炭酸コバルト粉末を空気中において12時間焼成し、酸化コバルト粉末を得た。その際、焼成温度は、実施例1〜6で250℃、200℃、または180℃と変化させた。
(Examples 1-6)
First, cobalt carbonate powder was prepared as a cobalt raw material, and the cobalt carbonate powder was fired in air for 12 hours to obtain cobalt oxide powder. At that time, the firing temperature was changed to 250 ° C., 200 ° C., or 180 ° C. in Examples 1 to 6.
得られた実施例1〜6の酸化コバルト粉末について次のようにして酸素の組成比bを調べた。まず、得られた酸化コバルト粉末を濃塩酸に溶解し、ICP−AES(誘導結合プラズマ発光分析;Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy )装置を用いて、標準試料法によりコバルトの量を測定した。次いで、酸化コバルト粉末の重量からコバルトの重量を引いた残りをすべて酸素の重量として酸素の量を求め、その酸素のモル数をコバルトのモル数で割った値を酸素の組成比bとした。得られた結果を表1に示す。その結果、酸素の組成比bは1.41〜1.49の範囲内であった。なお、本実施例では、リチウムを添加していないので、リチウムの量は零である。 About the obtained cobalt oxide powder of Examples 1-6, the composition ratio b of oxygen was investigated as follows. First, the obtained cobalt oxide powder was dissolved in concentrated hydrochloric acid, and the amount of cobalt was measured by a standard sample method using an ICP-AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy) apparatus. Next, the amount of oxygen was determined by taking all the remainder obtained by subtracting the weight of cobalt from the weight of the cobalt oxide powder as the weight of oxygen, and the value obtained by dividing the number of moles of oxygen by the number of moles of cobalt was defined as the oxygen composition ratio b. The obtained results are shown in Table 1. As a result, the composition ratio b of oxygen was in the range of 1.41 to 1.49. In this example, since lithium is not added, the amount of lithium is zero.
次いで、得られた実施例1〜6の酸化コバルト粉末を正極材料として用い、図1に示したようなコイン型の電池を作製して放電容量を測定し、正極材料の特性評価を行った。 Next, using the obtained cobalt oxide powders of Examples 1 to 6 as a positive electrode material, a coin-type battery as shown in FIG. 1 was prepared, the discharge capacity was measured, and the characteristics of the positive electrode material were evaluated.
その際、正極12は次のようにして作製した。まず、作製した酸化コバルト粉末と、バインダであるポリフッ化ビニリデンとを、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンを用いて混合し、ペースト状の正極合剤とした。酸化コバルトとバインダとの割合は、質量比で酸化コバルト:バインダ=9:1とした。次いで、この正極合剤を銅箔よりなる正極集電体12Aに塗布し、乾燥させて正極活物質層12Bを形成し、直径16mmの円板状に打ち抜いて正極12とした。
At that time, the
負極14には直径15mmの円板状に打ち抜いたリチウム金属板を用い、電解液には1,3−ジオキソランと1,2−ジメトキシエタンとを混合した溶媒にリチウム塩としてLiPF6 を1mol/kgの濃度で溶解させたものを用いた。
A lithium metal plate punched into a disk shape with a diameter of 15 mm was used for the
また、放電容量は、23℃において1.0mAの定電流で電池電圧が0.9Vに達するまで定電流放電を行うことにより測定した。その結果を表1に示す。 The discharge capacity was measured by performing constant current discharge at 23 ° C. with a constant current of 1.0 mA until the battery voltage reached 0.9V. The results are shown in Table 1.
実施例1〜6に対する比較例1として、正極材料に作製した酸化コバルト粉末に代えて市販のCo3 O4 粉末(アルドリッチ(Aldrich )社製)を用いたことを除き、他は実施例1〜6と同様にして電池を作製し、放電容量を求めた。その結果もあわせて表1に示す。なお、比較例1で用いたCo3 O4 については組成の分析をしなかったが、ほぼCo3 O4 であると考え、酸素の組成比bは1.33として表1に括弧書きで示した。 As Comparative Example 1 with respect to Examples 1 to 6, except that a commercially available Co 3 O 4 powder (manufactured by Aldrich) was used in place of the cobalt oxide powder produced as the positive electrode material, the others were as in Examples 1 to 6. A battery was prepared in the same manner as in Example 6, and the discharge capacity was determined. The results are also shown in Table 1. The composition of Co 3 O 4 used in Comparative Example 1 was not analyzed, but was considered to be almost Co 3 O 4 , and the oxygen composition ratio b was set to 1.33 and shown in parentheses in Table 1. It was.
また、比較例2〜4として、焼成温度を850℃、550℃、または150℃と変化させたことを除き、他は実施例1〜6と同様にして酸化コバルト粉末を作製し、同様にして酸素の組成比bを調べた。得られた結果を表1に示す。その結果、焼成温度を高くした比較例2,3では酸素の組成比bが1.4よりも小さく、焼成温度を低くした比較例4では酸素の組成比bが1.5よりも高かった。 Further, as Comparative Examples 2 to 4, except that the firing temperature was changed to 850 ° C., 550 ° C., or 150 ° C., other than that, cobalt oxide powders were produced in the same manner as in Examples 1 to 6, and The composition ratio b of oxygen was examined. The obtained results are shown in Table 1. As a result, in Comparative Examples 2 and 3 in which the firing temperature was increased, the oxygen composition ratio b was smaller than 1.4, and in Comparative Example 4 in which the firing temperature was lowered, the oxygen composition ratio b was higher than 1.5.
更に、比較例5〜9として、コバルトの原料に硝酸コバルト粉末または硫酸コバルト粉末を用い、焼成温度を250℃、550℃、または850℃と変化させたことを除き、他は実施例1〜6と同様にして酸化コバルト粉末を作製し、同様にして酸素の組成比bを調べた。得られた結果を表1に示す。その結果、硝酸コバルトを用いた比較例5〜7についても、硫酸コバルトを用いた比較例8についても、酸素の組成比bは1.4よりも小さかった。また、硫酸コバルトを用い、焼成温度を550℃と比較例8よりも低くした比較例9では、スピネル構造の酸化物を得ることができず、酸素の組成比bを測定することができなかった。 Further, as Comparative Examples 5 to 9, except that cobalt nitrate powder or cobalt sulfate powder was used as a raw material for cobalt, and the firing temperature was changed to 250 ° C., 550 ° C., or 850 ° C., other than Examples 1 to 6 Cobalt oxide powder was prepared in the same manner as above, and the oxygen composition ratio b was examined in the same manner. The obtained results are shown in Table 1. As a result, in Comparative Examples 5 to 7 using cobalt nitrate and Comparative Example 8 using cobalt sulfate, the oxygen composition ratio b was smaller than 1.4. Further, in Comparative Example 9 in which cobalt sulfate was used and the firing temperature was 550 ° C. lower than that of Comparative Example 8, an oxide having a spinel structure could not be obtained, and the oxygen composition ratio b could not be measured. .
これら比較例2〜8についても、実施例1〜6と同様にして、得られた酸化コバルト粉末を正極材料として用い、電池を作製して放電容量を求めた。その結果も表1に示す。 For these Comparative Examples 2 to 8, as in Examples 1 to 6, the obtained cobalt oxide powder was used as a positive electrode material to produce a battery and determine the discharge capacity. The results are also shown in Table 1.
表1に示したように、実施例1〜6によれば、比較例1〜8よりも大きな放電容量を得ることができた。また、図2に、実施例1〜6および比較例1〜8における酸素の組成比bと放電容量との関係を示す。図2から分かるように、酸素の組成比bが1.4以上1.5未満の範囲内において、放電容量が大幅に向上している。 As shown in Table 1, according to Examples 1-6, a larger discharge capacity than Comparative Examples 1-8 could be obtained. FIG. 2 shows the relationship between the oxygen composition ratio b and the discharge capacity in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 8. As can be seen from FIG. 2, the discharge capacity is greatly improved when the oxygen composition ratio b is in the range of 1.4 to less than 1.5.
すなわち、酸素の組成比bを1.4以上1.5未満の範囲内とするようにすれば、電気化学的、可逆的に反応可能なリチウムの量を多くすることができ、電池の容量を向上させることができることが分かった。また、コバルトの原料には炭酸コバルトを用いることが好ましく、焼成温度は180℃以上250℃以下の範囲内とすることが好ましいことも分かった。 That is, if the oxygen composition ratio b is in the range of 1.4 to less than 1.5, the amount of lithium that can be reacted electrochemically and reversibly can be increased, and the capacity of the battery can be increased. It has been found that it can be improved. It was also found that cobalt carbonate is preferably used as the cobalt raw material, and the firing temperature is preferably in the range of 180 ° C. to 250 ° C.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、液状の電解質である電解液を用いる場合について説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子電解質、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質、溶融塩電解質、またはこれらを混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where an electrolytic solution that is a liquid electrolyte is used has been described, but another electrolyte may be used. Other electrolytes include, for example, a gel electrolyte in which an electrolytic solution is held in a polymer compound, a polymer electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, ion conductive ceramics, and ion conductive glass Or the inorganic solid electrolyte which consists of an ionic crystal etc., molten salt electrolyte, or what mixed these is mentioned.
なお、ゲル状電解質の高分子化合物としては、ポリフッ化ビニリデンあるいはその重合体、またはポリアクリロニトリルあるいはその重合体などが挙げられる。また、高分子電解質としては、ポリエチレンオキサイドにLiSO3 CF3 を分散させたもの、あるいはアイオノマーを用いたものなどが挙げられる。更に、無機固体電解質としては、β”−アルミナ,窒化リチウム,NASiCON型化合物(“ハイ コンダクティヴィティ ソリッド イオニック コンダクターズ リーセント トレンズ アンド アプリケーションズ(HIGH CONDUCTIVITY SOLID IONIC CONDUCTORS-RECENT TRENDS AND APPLICATIONS )”タケヒコ タカハシ(TAKEHIKO TAKAHASHI)編 ワールド サイエンティフィック(WORLD SCIENTIFIC)社,シンガポール,1989参照)あるいはLISICON型化合物(“ハイ コンダクティヴィティ ソリッド イオニック コンダクターズ リーセント トレンズ アンド アプリケーションズ(HIGH CONDUCTIVITY SOLID IONIC CONDUCTORS-RECENT TRENDS AND APPLICATIONS )”タケヒコ タカハシ(TAKEHIKO TAKAHASHI)編 ワールド サイエンティフィック(WORLD SCIENTIFIC)社,シンガポール,1989参照)などが挙げられる。 Examples of the polymer compound of the gel electrolyte include polyvinylidene fluoride or a polymer thereof, or polyacrylonitrile or a polymer thereof. Examples of the polymer electrolyte include those obtained by dispersing LiSO 3 CF 3 in polyethylene oxide, and those using an ionomer. Furthermore, β ”-alumina, lithium nitride, NASiCON type compounds (“ HI CONDUCTIVITY SOLID IONIC CONDUCTORS-RECENT TRENDS AND APPLICATIONS ”“ TAKEHIKO TAKAHASHI ” TAKAHASHI) WORLD SCIENTIFIC, Singapore, 1989) or LISCON type compounds ("HIGH CONDUCTIVITY SOLID IONIC CONDUCTORS-RECENT TRENDS AND APPLICATIONS") (TAKEHIKO TAKAHASHI) World Scientific (WORLD SCIENTIFIC), Singapore, see 1989).
また、上記実施の形態および実施例では、コイン型の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は他の構造を有する円筒型や、ボタン型あるいは角型など他の形状を有する二次電池、または巻回構造などの他の構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。更に、一次電池などの他の電池についても同様に適用することができる。 In the above-described embodiments and examples, the coin-type secondary battery has been specifically described, but the present invention has other shapes such as a cylindrical shape having another structure, a button shape, or a square shape. The present invention can be similarly applied to a secondary battery or a secondary battery having another structure such as a winding structure. Furthermore, the present invention can be similarly applied to other batteries such as a primary battery.
11…外装缶、12…正極、12A…正極集電体、12B…正極活物質層、13…外装カップ、14…負極、14A…負極集電体、14B…負極活物質層、15…セパレータ、16…ガスケット。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
(化1)
Lia CoOb
(式中、aおよびbは0≦a<3.6、1.4≦b<1.5の範囲内の値である。) A substance comprising at least cobalt and oxygen among lithium (Li), cobalt (Co), and oxygen (O), the composition ratio of which is within the range shown in Chemical Formula 1.
(Chemical formula 1)
Li a CoO b
(In the formula, a and b are values within the range of 0 ≦ a <3.6 and 1.4 ≦ b <1.5.)
前記正極は、リチウム(Li)とコバルト(Co)と酸素(O)とのうちの少なくともコバルトと酸素とを含み、それらの組成比が化2に示した範囲内である物質を含有することを特徴とする電池。
(化2)
Lia CoOb
(式中、aおよびbは0≦a<3.6、1.4≦b<1.5の範囲内の値である。) A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The positive electrode contains a substance containing at least cobalt and oxygen among lithium (Li), cobalt (Co), and oxygen (O), the composition ratio of which is within the range shown in Chemical Formula 2. Battery characterized.
(Chemical formula 2)
Li a CoO b
(In the formula, a and b are values within the range of 0 ≦ a <3.6 and 1.4 ≦ b <1.5.)
コバルトの原料として炭酸コバルトを用い、炭酸コバルトを180℃以上250℃以下の温度で焼成する工程を含むことを特徴とする物質の製造方法。
(化3)
Lia CoOb
(式中、aおよびbは0≦a<3.6、1.4≦b<1.5の範囲内の値である。)
A method for producing a substance containing at least cobalt and oxygen among lithium (Li), cobalt (Co), and oxygen (O), the composition ratio of which is within the range shown in Chemical Formula 3,
A method for producing a substance comprising the step of using cobalt carbonate as a raw material of cobalt and baking the cobalt carbonate at a temperature of 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
(Chemical formula 3)
Li a CoO b
(In the formula, a and b are values within the range of 0 ≦ a <3.6 and 1.4 ≦ b <1.5.)
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Cited By (2)
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WO2022118721A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-09 | キヤノン株式会社 | Active material particles, positive electrode, secondary battery, and method for producing active material particles |
US11549174B2 (en) * | 2017-12-18 | 2023-01-10 | Soleras Advanced Coatings Bv | Sprayed lithium cobalt oxide targets |
-
2004
- 2004-07-07 JP JP2004200342A patent/JP2006024413A/en active Pending
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WO2022118721A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-09 | キヤノン株式会社 | Active material particles, positive electrode, secondary battery, and method for producing active material particles |
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