JP2010092817A - リチウム電池用正極 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電助剤は、リチウム金属酸化物の粒子表面上に炭素をすべて直接形成し被覆してなるもので、正極活物質であるリチウム金属酸化物粒子上に炭素を直接形成し被覆する化学気相成長法により、炭素を形成するための原料を有機化合物の溶液とし、これとともに不活性ガスもしくは低反応性ガスをキャリアガスとして、正極活物質粒子に供給して炭素を形成するリチウム電池用正極とする。
【選択図】図1
Description
オーム社編集部、「特集 飛躍する二次電池電池の世界PartII」、OHM、2006.02,p.32(2006). 社団法人電池工業会ホームページ、http://www.baj.or.jp/recycle/industrial.html,2008.5.26. 岡田重人、「リチウムイオン二次電池第二版」、第3章、日刊工業新聞社、pp.35−37(2000). 日経エレクトロニクス2005.2.28,pp.34−35(2005). 田渕光春、竹内友成、鹿野昌弘、辰巳国昭、「Fe含有Li2MnO3系正極の作製と炭素複合化による高出力化の検討」、電池技術委員会資料19−07、電池技術委員会(2007).
2CH3OH→C+CH4+2H2O・・・(1)
であり、エタノールを原料とする場合には、
C2H5OH→C+CH4+H2O・・・(2)
が考えられる。また、酢酸を原料とすれば
CH3COOH→2C+2H2O・・・(3)
が想定される。
CH3OH→CO+2H2・・・(4)
などの反応によって炭素形成反応の進行が困難になる。一方、反応温度が600℃を超えると、たとえば正極活物質がLiCoO2の場合では
2CH3OH→2C+2H2+2H2O・・・(5)
2H2+2LiCoO2→Li2O+CoO+2H2O・・・(6)
などの反応によって、炭素形成速度は増加するものの、同時に正極活物質の分解が発生する可能性があり、好ましくない。
2CH3OH→C+CH4+2H2O・・・(1)
塩化ニッケルでは、
2NiCl2+CH4→2Ni+4HCl+C・・・(7)
であり、硫酸ニッケルでは、
2NiSO4+CH4→2Ni+2H2O+2SO2+CO2・・・(8)
であり、炭酸ニッケルでは、
2Ni(CO3)2+CH4→2Ni+2H2O+5CO2・・・(9)
であり、酢酸ニッケルでは、
2Ni(OCOCH3)2+CH4→2Ni+2H2O+8C・・・(10)
などの反応によって、触媒であるNi金属に変化する。
リチウム電池用正極活物質としてLiCoO2粉末5gをセラミックボートに秤取し、石英管内、管状炉中央部に位置するように該試料ボートを設置した。さらに、別のセラミックボートにメタノールを5ml充填し、石英管内、該試料ボートの手前管状炉の端部にボート先端がかかる位置に設置した。この石英管の一端をガス供給管に、他端をガス排気ホースに繋いだ。
リチウム電池用正極活物質としてLiCoO2粉末5gをセラミックボートに秤取し、石英管内、管状炉中央部に位置するように該試料ボートを設置した。さらに、別のセラミックボート1台または2台に原料としてメタノールまたは酢酸10mlを充填し、石英管内、該試料ボートの手前管状炉の端部にボート先端がかかる位置に設置した。
リチウム電池用正極活物質としてLiCoO2粉末5gをセラミックボートに秤取し、石英管内、管状炉中央部に位置するように該試料ボートを設置した。さらに、別のセラミックボートにメタノールを5ml充填し、石英管内、該試料ボートの手前管状炉の端部にボート先端がかかる位置に設置した。この石英管の一端をガス供給管に、他端をガス排気ホースに繋ぐ。
LiCoO2粉末5gを入れたセラミックボートを石英管内に設置し、さらに、別のセラミックボートに酢酸を5ml充填し、石英管内、該試料ボートの手前管状炉の端部にボート先端がかかる位置に設置した。
LiCoO2粉末10gを入れたセラミックボートを石英管内に設置し、さらに、別のセラミックボートに酢酸を表4に示す量を充填し、石英管内、該試料ボートの手前管状炉の端部にボート先端がかかる位置に設置した。
塩化ニッケル六水和物NiCl2・6H2Oと蒸留水から表5に示す濃度のNiCl2水溶液100mlを調製し、これにLiCoO25gを混合して10分間攪拌した。これをろ過して得られた粉末を乾燥し、表面上にNiCl2を定着したLiCoO2粉末を得た。LiCoO2粒子上に定着したNiの重量割合は水溶液に浸漬したLiCoO2重量と得られた粉末の重量との差から算定した。
正極活物質としてLiCoO220gと塩基性炭酸ニッケルNiCO3・2Ni(OH)2・4H2O(分子量:376.18)を表6に示す量とを混合し、該混合粉体と蒸留水300mlとを1リットルのプラスチックボトルに入れ、さらにこれに混合媒体として直径10mmのジルコニアボールを100g充填して封口し、回転ポットミル架台に設置し、5時間回転して混合を行った。ミルが終了したら、ボトル内の材料をふるいにかけてジルコニアボールを除去した後、ろ過、乾燥して混合粉体を得た。Ni担持量は、塩基性炭酸ニッケルの重量より算出して表6に示した。
リチウム電池用正極活物質としてLiCoO2粉末20gをセラミックボートに秤取し、石英管内、管状炉中央部に位置するように該試料ボートを設置した。さらに、別のセラミックボートにエタノールを20ml充填し、石英管内、該試料ボートの手前管状炉の端部にボート先端がかかる位置に設置した。
実施例8と同様にしてLiCoO220g上に炭素を形成した複合材料を作製した。LiCoO2粉末上に形成された炭素は、LiCoO2粉末に対し8.04wt%だった。
Claims (6)
- リチウム塩を溶質として溶解した非水有機溶媒を電解液として含むリチウム電池における、リチウムイオンを電気化学的に挿入脱離しうる正極活物質であるリチウム金属酸化物と、導電助剤の炭素材料と、これらの粒子を結着するためのバインダー材料とで構成されるリチウム電池用正極であって、
前記導電助剤は、前記リチウム金属酸化物の粒子表面上に炭素をすべて直接形成し被覆してなるもので、正極活物質であるリチウム金属酸化物粒子上に炭素を直接形成し被覆する化学気相成長法が、炭素を形成するための原料を有機化合物の溶液とし、これとともに不活性ガスもしくは低反応性ガスをキャリアガスとして、該正極活物質粒子に供給して該炭素を形成することを特徴とするリチウム電池用正極。 - 該正極活物質表面上に被覆し形成した炭素重量割合が正極活物質重量に対して4wt%以上20wt%以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム電池用正極。
- 前記リチウム電池用正極に関して、あらかじめ正極を構成するリチウム金属酸化物、導電助剤、およびバインダー材料の重量割合を決めておき、正極活物質であるリチウム金属酸化物粒子上に炭素重量割合が正極活物質重量に対して1.5wt%以上15wt%以下の範囲内となるよう導電助剤となる炭素材料を直接被覆して形成し、
正極活物質表面に直接形成されたその炭素重量生成割合を算出した上で、炭素重量割合が正極活物質重量に対して4wt%以上20wt%以下である割合を満たすよう、
これに同種または異種の導電助剤を必要量加えて混合するであることを特徴とする請求項1に記載のリチウム電池用正極。 - 前記正極活物質粒子上に炭素を直接形成する方法が、炭素を直接形成するために正極活物質粒子を放置する温度は350℃以上600℃以下であり、かかる温度に昇温を開始する時点、もしくはそれ以前よりキャリアガスを供給し、正極活物質粒子に炭素を形成する環境を脱酸素状態に置き、原料となる有機化合物溶液は、該正極活物質粒子に対して該キャリアガス供給方向に設置し、その設置量が該正極活物質1g当たり1ml以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のリチウム電池用正極。
- 前記正極活物質に、Fe,Ni,Co,Cu,Sn,Zn,Cr,In,Sbの塩化物または硫化物または炭酸塩もしくは酢酸塩の1種あるいは複数種を該金属が正極活物質重量に対して0.01wt%以上5wt%以下となるようあらかじめ加えた後、該正極活物質粒子上に炭素を直接形成し被覆することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のリチウム電池用正極。
- 前記正極活物質であるリチウム金属酸化物表面上に炭素を形成した複合材料を、大気中、300℃以上500℃以下の温度で30分以上2時間以下保持して処理して得た材料を正極材料として用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のリチウム電池用正極。
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