JP2012018827A - 正極活物質、非水電解質電池および正極活物質の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 遷移金属としてコバルト(Co)と、主体であるニッケル(Ni)とが少なくとも固溶されたリチウム複合酸化物粒子である一次粒子が凝集した二次粒子からなり、一次粒子の中心から表面に向かってコバルト(Co)の存在量が多くなり、二次粒子を構成する一次粒子のうち、二次粒子の表面近傍に存在する一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量が、二次粒子の中心近傍に存在する一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量よりも多い正極活物質を用いる。
【選択図】図2
Description
、二次粒子全体の平均組成が化1で表され、
一次粒子の中心から表面に向かってコバルト(Co)の存在量が多くなり、
二次粒子を構成する一次粒子のうち、二次粒子の表面近傍に存在する一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量が、二次粒子の中心近傍に存在する一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量よりも多いことを特徴とする。
[化1]
LixCoyNizM1-y-zOb-aXa
(式中、Mは、ホウ素(B)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、リン(P)、硫黄(S)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、バリウム(Ba)、タングステン(W)、インジウム(In)、ストロンチウム(Sr)、スズ(Sn)、鉛(Pb)およびアンチモン(Sb)から選ばれる1種以上の元素である。Xは、ハロゲン元素である。x、y、z、aおよびbはそれぞれ0.8<x≦1.2、0<y≦0.5、0.5≦z≦1.0、1.8≦b≦2.2、0≦a≦1.0の範囲内の値である。)
負極と、
非水電解質と、
セパレータと
を備え、
正極活物質が、
遷移金属として少なくともニッケル(Ni)およびコバルト(Co)が固溶されたリチウム複合酸化物粒子である一次粒子が凝集した二次粒子からなり、
、二次粒子全体の平均組成が化1で表され、
一次粒子の中心から表面に向かってコバルト(Co)の存在量が多くなり、
二次粒子を構成する一次粒子のうち、二次粒子の表面近傍に存在する一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量が、二次粒子の中心近傍に存在する一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量よりも多いことを特徴とする。
前駆体を450℃〜650℃で焼成する第1の焼成工程と、
第1の焼成工程において焼成された前駆体に対して、溶液中でコバルト化合物を被覆する被覆工程と、
コバルト化合物が被覆された前駆体を、第1の焼成工程よりも高い温度で焼成する第2の焼成工程とを有することを特徴とする。
1.第1の実施の形態(正極活物質の構成例)
2.第2の実施の形態(本願の正極活物質を用いた円筒型非水電解質電池の例)
3.第3の実施の形態(本願の正極活物質を用いたラミネートフィルム型非水電解質電池の例)
4.第4の実施の形態(本願の正極活物質を用いたコイン型非水電解質電池の例)
第1の実施の形態では、正極活物質の構成および製造方法について説明する。
本願の正極活物質は遷移金属としてニッケル(Ni)を主体とし、ニッケル(Ni)とともにコバルト(Co)を含むリチウム複合酸化物粒子であり、粒子表面においてコバルト(Co)の濃度が高くなっているものである。コバルト(Co)濃度が粒子表面において高くなるようにした正極活物質は、粒子表面を不活性化させることができる。本願の正極活物質は、粒子表面の酸化活性を抑制することにより、正極活物質と非水電解質との界面で粒子表面の酸化活性に起因して生じる非水電解質の分解を抑制することができる。
[化1]
LixCoyNizM1-y-zOb-aXa
(式中、Mは、ホウ素(B)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、リン(P)、硫黄(S)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、バリウム(Ba)、タングステン(W)、インジウム(In)、ストロンチウム(Sr)、スズ(Sn)、鉛(Pb)およびアンチモン(Sb)から選ばれる1種以上の元素である。Xは、ハロゲン元素である。x、y、z、aおよびbはそれぞれ0.8<x≦1.2、0<y≦0.5、0.5≦z≦1.0、1.8≦b≦2.2、0≦a≦1.0の範囲内の値である。)
[式1]
μNi/μCo<(z/y)+0.425
[式2]
1.5<Rt/R<35
[式3]
1.05<Rs/Ri<25
本願の正極活物質は、下記のようにして作製される。なお、下記の製造方法は一例であり、上述の正極活物質構成を実現できる製造方法であればいずれも用いることができる。
まず、遷移金属としてコバルト(Co)と、遷移金属の主体であるニッケル(Ni)とを少なくとも含む前駆体を作製する。例えば硫酸ニッケル等のニッケル化合物と、硫酸コバルト等のコバルト化合物とを水中に溶解し、十分に攪拌させながら共沈法等によりニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を得る。このとき、得たい正極活物質の組成に応じて共沈水酸化物におけるコバルト(Co)とニッケル(Ni)の比を調整する。共沈法等により得たニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を水洗および乾燥し、ニッケル−コバルト複合共沈水酸化物に対して水酸化リチウム等のリチウム化合物を添加して前駆体を作製する。
上述のようにして得た前駆体を焼成する。初回の焼成時における焼成温度は、450℃以上650℃以下の範囲が好ましい。この範囲より低い温度では、リチウム化合物の拡散およびR3m層状結晶構造が十分起こりえない。また、この範囲より高い温度では、2回目の焼成で添加される金属化合物の拡散が十分起こり難くなる。すなわち、コバルト化合物が二次粒子の中心部まで固溶し難くなり、表面近傍に金属化合物およびリチウム化合物が多く存在することで容量低下を招き、かつガス発生が非常に多くなる。
第1の焼成後の前駆体に対して、コバルト化合物を含む水溶液を添加する。このとき、コバルト化合物添加時の分散液の条件は、pH10以上pH13以下が好ましい。pH10より低い場合は初回焼成した正極活物質中のリチウム化合物が引き抜かれ、さらに正極活物質の溶解が起こり始める。pH13より高い場合には金属化合物中和の際に用いられるアルカリが残留しやすく、電極塗布を行うための電極合剤作製時にゲル化を引き起こす原因となる。また、金属化合物添加時の分散液が比較的高いpHであり、さらに高速攪拌を行うことで、生成する金属化合物粒子が微細化して、2回目の焼成を行う際に正極活物質への結晶粒界拡散を起こりやすくする効果がある。pHの調整は、例えば苛性ソーダを添加し、分散液を1時間程度攪拌することにより行う。
上述のようにして得た中間体を焼成する。2回目の焼成時における焼成温度は、700℃以上800℃以下の範囲が好ましい。この範囲より低い温度では、正極活物質の結晶性が著しく悪く、充放電に伴うサイクル劣化の原因となるとともに、後添加した金属化合物の拡散が十分に行われず電池特性すなわち高温保存膨れとサイクル特性が著しく劣化する。また、この範囲より高い温度では、酸素雰囲気であってもニッケル原子がリチウム結晶層中に混入して容量減少を引き起こすことが知られている。
第1の実施の形態の正極活物質を用いることにより、ニッケル(Ni)およびコバルト(Co)において電子のやりとりが増加するため、高い放電要領を得ることができる。また、正極活物質表面における酸化活性を抑制し、非水電解質の分解を抑制してガス発生を抑制することができる。なお、このような正極は、一次電池、二次電池のいずれにも用いることができる。
第2の実施の形態では、第1の実施の形態における正極活物質を用いた円筒型非水電解質電池について説明する。
図1は、第2の実施の形態にかかる非水電解質電池の断面構造を表すものである。この非水電解質電池は、第1の実施の形態の正極活物質を用いた正極を用いたいわゆるリチウムイオン非水電解質電池である。
正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔により構成されている。
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bを設けるようにしてもよい。負極集電体22Aは、例えば、銅箔などの金属箔により構成されている。
セパレータ23は、正極21と負極22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。このセパレータ23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多硬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よい。
非水電解質は、電解質塩と、この電解質塩を溶解する非水溶媒とを含んでいる。
[正極の製造方法]
正極は、第1の実施の形態と同様の方法により作製することができる。
負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤を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の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体22A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することにより負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。
非水電解質は、非水溶媒と電解質塩とを混合して調整する。
正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。その後、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1に示した非水電解質電池が形成される。
第2の実施の形態では、電池容量を向上させることができる。また、電池内部でのガス発生を抑制し、電池内圧の上昇を抑制することができる。
第3の実施の形態では、第1の実施の形態における正極を用いたラミネートフィルム型非水電解質電池について説明する。
図3は、第3の実施の形態の非水電解質電池の構成を表すものである。この非水電解質電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。
正極33は、正極集電体33Aの片面あるいは両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有しており、第1の実施の形態と同様の正極活物質を含み、第2の実施の形態と同様の構成とされた正極を用いることができる。
負極524は、負極集電体34Aの片面あるいは両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bと正極活物質層33Bとが対向するように配置されている。負極集電体34A、負極活物質層34Bの構成は、上述した第2の実施の形態における負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bと同様である。
セパレータ35は、第2の実施の形態におけるセパレータ23と同様である。
電解質層36は、第3の実施の形態にかかる非水電解質であり、非水電解液と非水電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。
この非水電解質電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
正極33および正極34は、第2の実施の形態と同様の方法により作製することができる。
正極33および負極524のそれぞれに、非水電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。そののち、正極集電体33Aの端部に正極リード31を溶接により取り付けると共に、負極集電体34Aの端部に負極リード32を溶接により取り付ける。
この二次電池の作用および効果は、上述した第1および第2の実施の形態と同様である。
第4の実施の形態では、第1の実施の形態における正極活物質を用いたコイン型非水電解質電池について説明する。
図5は、第4の実施の形態にかかる非水電解質電池の断面構造を表すものである。この非水電解質電池は、第1の実施の形態の正極活物質を用いた正極を用いたいわゆるリチウムイオン非水電解質電池である。
正極缶54および負極缶55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。正極缶54は正極51を収容するものであり、非水電解質電池50の正極側外部端子としての機能を兼ねている。負極缶55は負極52を収容するものであり、非水電解質電池50の負極側外部端子としての機能を兼ねている。
正極51は、例えば、正極集電体51Aと、正極集電体51A上に設けられた正極活物質層51Bとを有している。正極集電体51Aは、例えば、アルミニウム(Al)箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層51Bに含まれる正極活物質は、第1の実施の形態の正極活物質を用いることができる。また、円形状である以外は第2の実施の形態と同様の構成とすることができる。
負極52は、例えば、負極集電体52Aと、負極集電体52Aに設けられた負極活物質層52Bとを有している。負極集電体52Aは、例えば、銅(Cu)箔などの金属箔により構成されている。負極52は、円形状である以外は第2の実施の形態の負極と同様の構成とすることができる。
続いて、負極缶55の中央部に負極52およびセパレータ53をこの順に収容し、セパレータ53の上から電解液を注液する。続いて、正極51を入れた正極缶54を負極缶55に被せてガスケット56を介してかしめて正極缶54と負極缶55とを固定する。以上により、図5に示すような非水電解質電池50が形成される。
この二次電池の作用および効果は、上述した第1ないし第3の実施の形態と同様である。
[正極の作製]
硫酸ニッケル(NiSO4)と硫酸コバルト(CoSO4)とを水中に溶解し、十分に攪拌させながら水酸化ナトリウム(NaOH)溶液を加えて、モル比がNi:Co=85:15となるようにニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を得た。生成した共沈物を水洗、乾燥し、その後に水酸化リチウム一水和塩(LiOH・H2O)と水酸化アルミニウム(Al(OH)3)を加え、モル比がLi:(Ni+Co+Al)=103:100となるように調整して前駆体を作製した。
ここれ、得られた正極活物質におけるCo、Ni組成比を、下記のような方法で求めた。
正極活物質を構成する二次粒子の表面近傍に位置する一次粒子におけるCo/Ni比Rsと、二次粒子の中心近傍に位置する一次粒子におけるCo/Ni比Riのそれぞれを測定し、Rs/Riを算出したところ、1.01であった。
正極活物質の二次粒子を構成する一次粒子の表面近傍におけるCo/Ni比Rtを測定し、正極活物質の組成から求めた正極活物質全体のCo/Ni比Rを用いて、Rt/Rを算出したところ、2.14であった。
続いて、下記の方法により、正極のXAFS測定を行った。
粉砕した黒鉛粉末を負極活物質として用意し、この黒鉛粉末90質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン10質量部とを混合して負極合剤を調製し、さらにこれを分散媒であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させ負極合剤スラリーとした。次に、この負極合剤スラリーを厚み15μmの銅(Cu)箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布し、乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して、負極活物質層を形成し、負極を作製した。続いて、負極に負極端子を取り付けた。
作製した正極および負極を、厚み25μmの微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを介して密着させ、長手方向に巻回して、最外周部に保護テープを貼り付けることにより巻回電極体を作製した。次に、巻回電極体をラミネートフィルムからなる外装部材で外装し、外装部材の3辺を熱融着した。外装部材には、最外層から順に25μm厚のナイロンフィルムと、40μm厚のアルミニウム箔と、30μm厚のポリプロピレンフィルムとが積層されてなる防湿性のアルミラミネートフィルムを用いた。
実施例1と同様に、ニッケル酸リチウムを主体とした正極を作製する。実施例2では、水酸化アルミニウムの添加を前駆体作製時でなく、中間体作製時に行う点で実施例1と異なる。
前駆体作製時において、Ni:Co=95:5となるように調整してニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を得るとともに、中間体作製時における硝酸コバルト水溶液の添加量を94mLとした以外は、実施例2と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、硝酸ニッケルのみを水中に溶解し、さらに十分に攪拌させながら水酸化ナトリウム溶液を加えて、ニッケル水酸化物を得た。このニッケル水酸化物を水洗、乾燥し、その後に水酸化リチウム一水和塩を加え、モル比がLi:Ni=103:100となるように調整した。また、中間体作製時における硝酸コバルト水溶液の添加量を125mLとした。これ以外は、実施例2と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、水酸化アルミニウムの添加を行わず、中間体作製時において硝酸コバルト水溶液の添加量を63mLとした以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、モル比がNi:Co=90:10となるようにニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を作製した以外は、実施例5と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、モル比がNi:Co=95:5となるようにニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を作製するとともに、中間体作製時における硝酸コバルト水溶液の添加量を94mLとした以外は、実施例5と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、硝酸ニッケルのみを水中に溶解し、さらに十分に攪拌させながら水酸化ナトリウム溶液を加えて、ニッケル水酸化物を得た。このニッケル水酸化物を水洗、乾燥し、その後に水酸化リチウム一水和塩のみを加え、モル比がLi:Ni=103:100となるように調整した。また、中間体作製時における硝酸コバルト水溶液の添加量を125mLとした以外は、実施例5と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、硝酸ニッケルのみを水中に溶解し、さらに十分に攪拌させながら水酸化ナトリウム溶液を加えて、ニッケル水酸化物を得た。このニッケル水酸化物を水洗、乾燥し、その後に水酸化リチウム一水和塩のみを加え、モル比がLi:Ni=103:100となるように調整した。また、中間体作製時における硝酸コバルト水溶液の添加量を56mLとした。これ以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、モル比がNi:Co=90:10となるようにニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を作製し、水酸化アルミニウムの添加を行わずに水酸化リチウム一水和塩(LiOH・H2O)のみを加えた。中間体作製時において硝酸コバルト水溶液の添加量を72mLとした以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
硫酸ニッケル(NiSO4)と硫酸コバルト(CoSO4)とを水中に溶解し、十分に攪拌させながら水酸化ナトリウム(NaOH)溶液を加えて、モル比がNi:Co=80:20となるようにニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を得た。生成した共沈物を水洗、乾燥し、その後に水酸化リチウム一水和塩(LiOH・H2O)と水酸化アルミニウム(Al(OH)3)を加え、モル比がLi:(Ni+Co+Al)=103:100となるように調整して前駆体を作製した。
前駆体作製時において、水酸化アルミニウムを用いず、硝酸ニッケルのみを水中に溶解した以外は、比較例1と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、水酸化アルミニウムを用いず、硝酸ニッケルのみを水中に溶解するとともに、前駆体焼成時の焼成温度を700℃とした以外は、比較例1と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、モル比がNi:Co=90:10となるようにニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を作製した以外は、比較例1と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
前駆体作製時において、モル比がNi:Co=70:30となるようにニッケル−コバルト複合共沈水酸化物を作製した以外は、比較例1と同様にして正極活物質を得た。そして、この正極活物質を用いて、ラミネートフィルム型電池を作製した。
(a)放電容量の測定
作製したラミネートフィルム型電池について、23℃の環境下で1Aの定電流で電池電圧が4.20Vに達するまで定電流充電を行ったのち、2.50Vまで200mAの定電流で放電を行い、放電容量を測定した。
作製したラミネートフィルム型電池について、23℃の環境下で1Aの定電流で電池電圧が4.20Vに達するまで定電流充電を行ったのち、2.50Vまで200mAの定電流で放電を行った。次に、23℃の環境下で1Aの定電流で電池電圧が4.20Vに達するまで定電流充電を行ったのち、電池電圧4.20Vの定電圧で電流値が50mAに達するまで定電圧充電を行い満充電としたあと、ラミネートフィルム型電池の厚みを測定した。続いて、85℃の環境下で12時間保存し、保存後のラミネートフィルム型電池の厚みを測定した。最後に、下記式から満充電時における高温環境下保存膨れを算出した。
満充電時高温保存膨れ[mm]=保存後の電池厚み−保存前の電池厚み
変化量を高温保存時の膨れ量とし測定した。
12,13…絶縁板
14…電池蓋
15…安全弁機構
15A…ディスク板
16…熱感抵抗素子、
17…ガスケット、
20,30…巻回電極体、
21,33…正極、
21A,33A…正極集電体、
21B,33B…正極活物質層、
22,34…負極、
22A,34A…負極集電体、
22B,34B…負極活物質層、
23,35…セパレータ、
24…センターピン、
25,31…正極リード、
26,32…負極リード、
36…電解質層、
37…保護テープ、
40…外装部材、
41…密着フィルム
Claims (11)
- 遷移金属として少なくともニッケル(Ni)およびコバルト(Co)が固溶されたリチウム複合酸化物粒子である一次粒子が凝集した二次粒子からなり、
上記、二次粒子全体の平均組成が化1で表され、
上記一次粒子の中心から表面に向かって上記コバルト(Co)の存在量が多くなり、
上記二次粒子を構成する上記一次粒子のうち、該二次粒子の表面近傍に存在する該一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量が、該二次粒子の中心近傍に存在する該一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量よりも多い
正極活物質。
[化1]
LixCoyNizM1-y-zOb-aXa
(式中、Mは、ホウ素(B)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、リン(P)、硫黄(S)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、バリウム(Ba)、タングステン(W)、インジウム(In)、ストロンチウム(Sr)、スズ(Sn)、鉛(Pb)およびアンチモン(Sb)から選ばれる1種以上の元素である。Xは、ハロゲン元素である。x、y、z、aおよびbはそれぞれ0.8<x≦1.2、0<y≦0.5、0.5≦z≦1.0、1.8≦b≦2.2、0≦a≦1.0の範囲内の値である。) - 化1で示される上記リチウム複合酸化物粒子の転換電子収量法から得られる、7462.0−8462.0eVの間のX線吸収微細構造解析(X-Ray Absorption Fine Structure;XAFS)スペクトルのジャンプ量をμCoとし、転換電子収量法から得られる8082.0−9130.0eVの間のX線吸収微細構造解析(X-Ray Absorption Fine Structure;XAFS)スペクトルのジャンプ量をμNiとしたときのμNi/μCoと、化1で示される上記リチウム複合酸化物粒子の組成式におけるzとyとの比z/yとが、式1の関係を満たす
請求項1に記載の正極活物質。
[式1]
μNi/μCo<(z/y)+0.425 - 上記一次粒子の最表面のCo/Ni比をRtとし、該一次粒子全体のCo/Ni比をRとしたとき、RtとRとが下記の式2の関係を満たす
請求項2に記載の正極活物質。
[式2]
1.5<Rt/R<35 - 上記二次粒子の表面近傍に存在する上記一次粒子のCo/Ni比をRsとし、該二次粒子の中心近傍に存在する該一次粒子のCo/Ni比をRiとしたとき、RsとRiとが下記の式3の関係を満たす
請求項2に記載の正極活物質。
[式3]
1.05<Rs/Ri<25 - 電位が2.5V―3.5V(v.s. Li/Li+)状態において、透過法により7462.0−8462.0eVの間で得られるX線吸収微細構造解析(X-Ray Absorption Fine Structure;XAFS)スペクトルから、吸収端前領域で見積もられる直線状のバックグラウンドを差し引き、さらに吸収端後領域で見積もられる二次曲線の強度が全領域で1になるように規格化した吸収端近傍微細構造(X-ray Absorption Near Edge Structure;XANES)スペクトルにおいて、ピーク強度が0.5のときのコバルトK吸収端エネルギーが7722eV以上且つ7723eVより低エネルギー側にある
請求項3または請求項4に記載の正極活物質。 - 電位が2.5V―3.5V(v.s. Li/Li+)状態において、透過法により8082.0−9130.0eVの間で得られるX線吸収微細構造解析(X-Ray Absorption Fine Structure;XAFS)スペクトルから、吸収端前領域で見積もられる直線状のバックグラウンドを差し引き、さらに吸収端後領域で見積もられる二次曲線の強度が全領域で1になるように規格化した吸収端近傍微細構造(X-ray Absorption Near Edge Structure;XANES)スペクトルにおいて、ピーク強度が0.5のときのニッケルK吸収端エネルギーが8342.0eV以上かつ8344.0eVより低エネルギー側にある
請求項3または請求項4に記載の正極活物質。 - 平均粒径が2.0μm以上50μm以下である
請求項1に記載の正極活物質。 - 正極集電体上に、正極活物質を含む正極活物質層が設けられた正極と、
負極と、
非水電解質と、
セパレータと
を備え、
上記正極活物質が、
遷移金属として少なくともニッケル(Ni)およびコバルト(Co)が固溶されたリチウム複合酸化物粒子である一次粒子が凝集した二次粒子からなり、
上記、二次粒子全体の平均組成が化1で表され、
上記一次粒子の中心から表面に向かって上記コバルト(Co)の存在量が多くなり、
上記二次粒子を構成する上記一次粒子のうち、該二次粒子の表面近傍に存在する該一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量が、該二次粒子の中心近傍に存在する該一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量よりも多い
非水電解質電池。
[化1]
LixCoyNizM1-y-zOb-aXa
(式中、Mは、ホウ素(B)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、リン(P)、硫黄(S)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、バリウム(Ba)、タングステン(W)、インジウム(In)、ストロンチウム(Sr)、スズ(Sn)、鉛(Pb)およびアンチモン(Sb)から選ばれる1種以上の元素である。Xは、ハロゲン元素である。x、y、z、aおよびbはそれぞれ0.8<x≦1.2、0<y≦0.5、0.5≦z≦1.0、1.8≦b≦2.2、0≦a≦1.0の範囲内の値である。) - 遷移金属として少なくともニッケル(Ni)およびコバルト(Co)が固溶されたリチウム複合酸化物からなる前駆体を形成する前駆体形成工程と、
上記前駆体を450℃〜650℃で焼成する第1の焼成工程と、
上記第1の焼成工程において焼成された上記前駆体に対して、溶液中でコバルト化合物を被覆する被覆工程と、
上記コバルト化合物が被覆された上記前駆体を、第1の焼成工程よりも高い温度で焼成する第2の焼成工程と
を有する正極活物質の製造方法。 - 上記第2の焼成工程における焼成温度が、700℃〜800℃である
請求項9に記載の正極活物質の製造方法。 - 上記被覆工程における上記溶液中の水素イオン指数が、pH10以上pH13以下である
請求項9に記載の正極活物質の製造方法。
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