JP2012138313A - リチウムイオン二次電池用正極,リチウムイオン二次電池、これを搭載した乗り物および電力貯蔵システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極活物質が初回充電時に酸素の放出をともなうリチウムイオン二次電池用正極7であり、特に正極活物質が次式xLi2MO3−(1−x)LiM′O2で表記され、電気化学的な酸素還元能をもつ触媒が正極7内に混合されている。
【選択図】図1
Description
Li2MO3→MO2+1/2O2+2Li++2e-
2Li++3/2O2+C+2e-→Li2CO3
Li2MO3−LiM′O2のMおよびM′(MはMn,Ti,Zrから選ばれる1種類以上の元素であり、M′はNi,Co,Mn,Fe,Ti,Zr,Al,Mg,Cr,Vから選ばれる1種類以上の元素)が示す金属元素の塩で水溶性の高いもの(例えば硫酸塩や硝酸塩)を原料に使用できる。具体的な例としては硫酸ニッケル六水和物(NiSO4・6H2O),硫酸コバルト七水和物(CoSO4・7H2O),硫酸マンガン五水和物(MnSO4・5H2O)をNi:Co:Mn=1:1:4(モル比)となるように秤量して、純水に溶解させて混合溶液を調整した。
硝酸鉄九水和物(Fe(NO3)2・9H2O)の水溶液中に、高比表面積な炭素材料、具体的な例としてアモルファスカーボンまたは活性炭を加えた。担持体の炭素材料は比表面積が1500m2/gと非常に高いものを使用した。鉄原子と炭素原子の重量比1:4とした。このスラリを70℃で乾燥させた後、アルミナ容器に入れ、400℃で焼成し、炭素に担持された酸素還元触媒2(Fe2O3)を得た。
固溶体正極活物質1と、炭素に担持された酸素還元触媒2,炭素系導電材料3、及びあらかじめN−メチル−2−ピロジノン(NMP)に溶解させたバインダ4を質量パーセント(%)でそれぞれ80:4:10:6の割合で混合し、均一に混合されたスラリを厚み20μmのアルミニウム箔の集電体5上に塗布した。その後、120℃で乾燥し、プレスにて電極密度が2.3g/cm3になるよう圧縮成形した。
次に、リチウムイオン二次電池の作製について説明する。
次に、比較例について説明する。
実施例1と同様に作製した固溶体正極活物質101と炭素系導電材料(103)及び、予め溶媒のN−メチル−2−ピロジノン(NMP)に溶解させたバインダ104を質量パーセント(%)でそれぞれ80:14:6の割合で混合し、この均一に混合されたスラリを厚み20μmのアルミニウムの集電体(105)箔上に塗布した。その後120℃で乾燥し、プレスにて電極密度が2.3g/cm3になるよう圧縮成形した。
比較例の正極107と、負極と、セパレータと、電解質とを用いて、前記の実施例1の図3と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
前記の実施例1および比較例の正極を使用したリチウムイオン二次電池を、0.03Cの定電流/定電位充電で4.6Vまで充電した後、0.03Cの定電流で2.0Vまで放電して放電容量を測定した。ここで、「充放電レート1C」とは、電池を放電し切った状態から充電する場合において、1時間で100%の充電を完了すること、及び電池を充電し切った状態から放電する場合において、1時間で100%の放電を完了することをいう。すなわち、充電または放電の速さが1時間当たり100%であることをいう。よって、0.03Cとは、充電または放電の速さが1時間当たり3%であることをいう。
2 酸素還元触媒
7 正極(リチウムイオン二次電池用正極)
16 電池モジュール(リチウムイオン二次電池)
17 モータ
18 太陽電池
19 風力発電装置
20 電力系統
26 電池モジュール(リチウムイオン二次電池)
30 電気自動車(乗り物)
100 円筒型電池(リチウムイオン二次電池)
S 発電システム(電力貯蔵システム)
Claims (11)
- 正極活物質が初回の充電において酸素を放出する物質であるリチウムイオン二次電池用正極であって、
電気化学的な酸素還元能を有する酸素還元触媒が混合されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。 - 請求項1記載のリチウムイオン二次電池用正極において、
前記正極活物質が次式
xLi2MO3−(1−x)LiM′O2(xは0<x<1であり、MはMn,Ti,Zrから選ばれる1種類以上の元素であり、M′はNi,Co,Mn,Fe,Ti,Zr,Al,Mg,Cr,Vから選ばれる1種類以上の元素)
で表記される物質であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。 - 請求項1または請求項2記載のリチウムイオン二次電池用正極において、
前記酸素還元触媒としてFe2O3,MnO2,Co3O4,NiO,CuO,RuO2,Y2O3,Pt,Ru,Pdのうち少なくとも1種類を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。 - 請求項1〜3記載のリチウムイオン二次電池用正極において、
前記酸素還元触媒の正極における重量パーセントが10%以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。 - 請求項1〜4記載のリチウムイオン二次電池用正極において、
前記酸素還元触媒が炭素材料に担持されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。 - 請求項5記載のリチウムイオン二次電池用正極において、
前記酸素還元触媒を担持している前記炭素材料の比表面積が100m2/g以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。 - 請求項1〜6の何れか一項記載のリチウムイオン二次電池用正極を有するリチウムイオン二次電池。
- 請求項7記載のリチウムイオン二次電池において、
少なくとも1度は4.4V以上まで充電した後にガス抜きおよび電解液再注液を実施したことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項7,8記載のリチウムイオン二次電池において、
少なくとも1度は2.5V以下まで放電したことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項7〜9の何れか一項記載のリチウムイオン二次電池を搭載した乗り物。
- 請求項7〜9の何れか一項記載のリチウムイオン二次電池を搭載した電力貯蔵システム。
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