JP2013170094A - 二次電池用正極活物質及びその製造方法 - Google Patents

二次電池用正極活物質及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】さらに大きな放電容量を示す正極活物質及びこれを含む二次電池を提供する。
【解決手段】次式(1):
Li2FeaNibCocMndZrxSiO4・・・(1)
(式(1)中、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xを満たし、xは、0<x<0.5を満たす数を示す)
で表されるジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物。
【選択図】図1

Description

本発明は、ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物、二次電池用正極活物質及びその製造方法に関する。
リチウムイオン電池等の二次電池は、非水電解質電池の1種であり、携帯電話、デジタルカメラ、ノートPC、ハイブリッド自動車、電気自動車等広い分野に利用されている。リチウムイオン電池は、正極材料としてリチウム金属酸化物を用い、負極材料としてグラファイトなどの炭素材を用いるものが主流となっている。
この正極材料としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、ケイ酸鉄リチウム(Li2FeSiO4)等が知られている。このうち、LiFePO4やLi2FeSiO4等は、オリビン構造を有し、高容量のリチウムイオン電池用正極材料として有用である。
二次電池の放電容量は、正極材料の種類によって大きく変化するので、種々のオリビン型化合物が報告され(特許文献1及び2)、さらに前記オリビン型ケイ酸鉄リチウムにMnなどをドープすることにより放電容量の向上が検討されている(非特許文献1〜3)。
特開2001−266882号公報 特開2008−186807号公報
Electrochemical and Solid−State Letters 19,12,A542−A544(2006) GS Yuasa Technical Report 2009年6月、第6巻、第1号、p21−26 R.Dominiko et al,Journal of Power Sources 184(2008),p462−468
しかしながら、これらのリチウム金属酸化物を用いた二次電池の放電容量は、未だ十分満足できるものではなく、さらに大きな放電容量を示す正極活物質の開発が望まれている。
従って、本発明の課題は、さらに大きな放電容量を示す正極活物質及びこれを含む二次電池を提供することにある。
そこで本発明者は、ケイ酸鉄リチウムやケイ酸マンガンリチウム等のケイ酸金属リチウムに種々の遷移金属を導入したシリケート化合物を合成し、これを用いたリチウムイオン電池の放電容量を検討してきたところ、水熱反応により、均質なケイ酸金属リチウムにジルコニウムをドープしたオリビン型シリケート化合物が得られ、これを用いた二次電池が大きな放電容量を示すことを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、次式(1):
Li2FeaNibCocMndZrxSiO4・・・(1)
(式(1)中、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xを満たし、xは、0<x<0.5を満たす数を示す)
で表されるジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物を提供するものである。
また、本発明は、MSO4(式中、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される遷移金属硫酸塩又は(R)2M(式中、Rは有機酸残基を示し、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される有機酸遷移金属塩を用い、リチウム化合物、ケイ酸化合物及びジルコニウム化合物を含有する塩基性水分散液を水熱反応させることを特徴とする、上記ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物の製造方法を提供するものである。
さらに、本発明は、上記ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物を含有する二次電池用正極活物質を提供するものである。
また、本発明は、MSO4(式中、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される遷移金属硫酸塩又は(R)2M(式中、Rは有機酸残基を示し、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される有機酸遷移金属塩を用い、リチウム化合物、ケイ酸化合物及びジルコニウム化合物を含有する塩基性水分散液を水熱反応させ、水熱反応後、得られたジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物にカーボン担持し、次いで焼成することを特徴とする、二次電池用正極活物質の製造方法を提供するものである。
本発明のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物を正極材料として用いた二次電池は、優れた放電容量を有し、二次電池用正極材料として非常に有用である。
実施例1の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 実施例2の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 実施例3の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 実施例4の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 実施例5の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 比較例1の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 比較例2の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 比較例3の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 比較例4の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 比較例5の凍結乾燥粉末のX線回折図を示す。 実施例1の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。 実施例2の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。 実施例3の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。 実施例4の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。 実施例5の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。 比較例1の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。 比較例2の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。 比較例3の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。 比較例4の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。 比較例5の正極材料を用いたリチウムイオン電池の充放電曲線を示す。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物は、次式(1):
Li2FeaNibCocMndZrxSiO4・・・(1)
(式(1)中、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xを満たし、xは、0<x<0.5を満たす数を示す)
で表される。
式(1)中、xは0<x<0.5であって、Zrは必須である。また、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xであるので、a、b、c及びdのうち、少なくとも1つは0ではなく、すなわちFe、Ni、Co及びMnの遷移金属うち、少なくとも1種は必須である。従って、本発明のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物には、以下のような態様が含まれる。
Li2FeaZrxSiO4・・・(1a)
(式(1a)中、aは、a=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
Li2NibZrxSiO4・・・(1b)
(式(1b)中、bは、b=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
Li2CocZrxSiO4・・・(1c)
(式(1c)中、cは、c=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
Li2FeaNibZrxSiO4・・・(1d)
(式(1d)中、a及びbは、a+b=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
Li2FeaMndZrxSiO4・・・(1e)
(式(1e)中、a及びdは、a+d=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
これらジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物の具体例としては、例えば、Li2Fe0.96Zr0.02SiO4、Li2Mn0.9Zr0.05SiO4、Li2Co0.9Zr0.05SiO4、Li2Fe0.45Mn0.45Zr0.05SiO4、Li2Fe0.64Mn0.32Zr0.02SiO4等が挙げられる。なかでも、原料コスト及び放電容量の点から、式(1)中のaが0でない化合物、すなわち少なくともFeを含むシリケート化合物であるのが好ましく、具体的には式(1a)又は式(1e)のシリケート化合物であるのがより好ましい。
xの好ましい範囲は、0.001〜0.1であり、放電容量の点から、0.005〜0.08がより好ましく、0.01〜0.05がさらに好ましい。
本発明のオリビン型シリケート化合物は、遷移金属(M)源として、MSO4(式中、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される遷移金属硫酸塩又は(R)2M(式中、Rは有機酸残基を示し、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される有機酸遷移金属塩を用い、リチウム化合物、ケイ酸化合物及びジルコニウム化合物を含有する塩基性水分散液を水熱反応させることにより製造する。かかる水熱合成反応によれば、微細かつ均一で高純度のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)が得られる。
リチウム化合物としては、水酸化リチウム(例えばLiOH・H2O)、炭酸リチウム(Li2CO3)、硫酸リチウム、酢酸リチウムが挙げられるが、水酸化リチウム、炭酸リチウムが特に好ましい。水分散液中のリチウム化合物の濃度は、0.30〜3.00mol/lが好ましく、さらに1.00〜1.50mol/lが好ましい。
ケイ酸化合物としては、反応性のあるシリカ化合物であれば特に限定されず、非晶質シリカ、Na4SiO4やNa4SiO4・nH2O(例えばNa4SiO4・H2O)が好ましい。このうちNa4SiO4を用いた場合、水分散液が塩基性になるので、より好ましい。水分散液中のケイ酸化合物の濃度は、0.15〜1.50mol/lが好ましく、さらに0.50〜0.75mol/lが好ましい。
ジルコニウム化合物としては、4価の化合物であればよく、例えば、ハロゲン化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、二酢酸酸化ジルコニウム、オクタン酸ジルコニウム、ラウリン酸酸化ジルコニウム等の有機酸塩が挙げられる。水分散液中のジルコニウム化合物の濃度は、0.15〜1.50mol/lが好ましく、さらに0.50〜0.75mol/lが好ましい。
さらに、この分散液には副反応を防止する点から、酸化防止剤を添加することが好ましい。酸化防止剤としては、ハイドロサルファイトナトリウム(Na224)、アンモニア水、亜硫酸ナトリウム等が使用できる。水分散液中の酸化防止剤の含有量は、多量に添加するとオリビン型シリケート化合物の生成を抑制してしまうため、遷移金属(M)及びジルコニウムに対して等モル量以下が好ましく、遷移金属(M)及びジルコニウムに対してモル比で0.5以下がさらに好ましい。
遷移金属源として遷移金属硫酸塩MSO4(式中、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)を用いる場合、副反応を抑制する点から、遷移金属硫酸塩とは別に、リチウム化合物、ケイ酸化合物を含有する塩基性水分散液を予め調製しておくのが好ましい。この場合、該水分散液と、遷移金属硫酸塩及びジルコニウム化合物とを混合して水熱反応に付す。該水分散液の調製にあたって、リチウム化合物とケイ酸化合物の添加順序、及び遷移金属硫酸塩とジルコニウム化合物の添加順序は特に限定されず、各々の2成分を同時に添加してもよい。
遷移金属硫酸塩MSO4の具体例としては、FeSO4、NiSO4、CoSO4又はMnSO4が挙げられ、これらは1種でも2種以上を混合して用いてもよい。これらのうち、FeSO4、MnSO4がより好ましく、FeSO4がさらに好ましい。遷移金属硫酸塩の添加量は、反応混合液中0.15〜1.50mol/lとなる量が好ましく、さらに0.50〜0.75mol/lとなる量が好ましい。
なお、この場合における反応混合液中のLiの含有量は、Mに対して2モル以上が好ましい。
遷移金属源として有機酸遷移金属塩(R)2M(式中、Rは有機酸残基を示し、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)を用いる場合には、リチウム化合物、ケイ酸化合物を含有し、さらに有機酸遷移金属塩及びジルコニウム化合物を含有する塩基性水分散液を調製し、水熱反応に付す。この場合、リチウム化合物とケイ酸化合物、及び有機酸遷移金属塩とジルコニウム化合物の添加順序は特に限定されない。また、大気条件下でもよい。通常、有機酸塩は固相法に用いられる原料であるが、水熱反応に用いることにより副反応を抑制することができる。
なお、この場合における反応混合液中のLiは、遷移金属に対してモル比で2倍以上用いることが好ましく、Li:Mが2.5:1〜3:1程度がより好ましい。
有機酸遷移金属塩(R)2MのRで示される有機酸としては、炭素数1〜20の有機酸が好ましく、炭素数2〜12の有機酸がより好ましい。より具体的な有機酸としては、シュウ酸、フマル酸等のジカルボン酸、乳酸等のヒドロキシカルボン酸、酢酸等の脂肪酸が挙げられる。
水分散液のpHは、塩基性であればよいが、12.0〜13.5であるのが副反応(例えば、Fe34等の生成)の防止、ケイ酸化合物の溶解性及び反応の進行の点でより好ましい。該水分散液のpHの調整は、塩基、例えば、水酸化ナトリウムを添加することにより行ってもよいが、ケイ酸化合物としてNa4SiO4を用いるのがより好ましい。
水熱反応は、100℃以上であればよく、130〜180℃が好ましく、さらに140〜160℃が好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、130〜180℃で反応を行う場合この時の圧力は0.3〜0.9MPaとなり、140〜160℃で反応を行う場合の圧力は0.3〜0.4MPaとなる。水熱反応時間は1〜24時間が好ましく、さらに3〜12時間が好ましい。
当該水熱反応により、式(1)のシリケート化合物が高収率で得られる。また、得られたLi2FeaMndZrxSiO4の平均粒径は10〜100nmとなり、その結晶度も高い。
得られた式(1)のシリケート化合物は、ろ過後、乾燥することにより単離できる。乾燥手段は、凍結乾燥、真空乾燥が用いられる。
得られた式(1)のシリケート化合物は、カーボン担持し、次いで焼成することにより、二次電池用正極活物質とすることができる。カーボン担持は、Li2MSiO4に常法により、グルコース、フルクトース、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、サッカロース、デンプン、デキストリン、クエン酸等の炭素源及び水を添加し、次いで焼成すればよい。なかでも、コストの面から、炭素源としてグルコースを用いるのが好ましい。焼成条件は、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下に400℃以上、好ましくは400〜800℃で10分〜3時間、好ましくは0.5〜1.5時間行うのが好ましい。かかる処理によりシリケート化合物表面にカーボンが担持された正極活物質とすることができる。炭素源の使用量は、式(1)のシリケート化合物100質量部に対し、炭素源に含まれる炭素として3〜15質量部が好ましく、炭素源に含まれる炭素として5〜10質量部がさらに好ましい。
また、二次電池用正極活物質中の式(1)のシリケート化合物の含有量は、85〜97質量%が好ましく、90〜95質量%がより好ましい。
得られた正極活物質は、放電容量の点で優れており、二次電池の正極材料として有用である。本発明の正極活物質を適用できる二次電池としては、リチウムイオン二次電池であればよく、正極と負極と電解液とセパレータを必須構成とするものであれば特に限定されない。
ここで、負極については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。たとえば、リチウム金属、グラファイト又は非晶質炭素等の炭素材料等である。そしてリチウムを電気化学的に吸蔵・放出し得るインターカレート材料で形成された電極、特に炭素材料を用いることが好ましい。
電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常二次電池の電解液の用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。
支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF32及びLiN(SO3CF32、LiN(SO2252及びLiN(SO2CF3)(SO249)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。
セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。
以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[実施例1:Li2Fe0.96Zr0.02SiO4の合成]]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水30cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にFeSO4・7H2O 13.34g(48mmol)及びZrSO4・4H2O0.28g(1mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
[実施例2:Li2Fe0.45Mn0.45Zr0.05SiO4の合成]]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水37.5cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にFeSO4・7H2O 6.26g(22.5mmol)、MnSO4・5H2O 5.42g(22.5mmol)及びZrSO4・4H2O0.71g(2.5mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
[実施例3:Li2Fe0.64Mn0.32Zr0.02SiO4の合成]]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水30cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にFeSO4・7H2O 8.94g(32.2mol)、MnSO4・5H2O 3.82g(15.8mol)及びZrSO4・4H2O0.28g(1mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
[実施例4:Li2Mn0.9Zr0.05SiO4の合成]]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水37.5cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にMnSO4・5H2O 10.85g(45mmol)及びZrSO4・4H2O0.71g(2.5mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
[実施例5:Li2Co0.9Zr0.05SiO4の合成]]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水30cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にCoSO4・7H2O12.65g(45mmol)及びZrSO4・4H2O0.71g(2.5mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
[比較例1:Li2FeSiO4の合成]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水30cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にFeSO4・7H2O 13.90g(50mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
[比較例2:Li2Fe0.5Mn0.5SiO4の合成]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水37.5cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にFeSO4・7H2O 6.95g(25mmol)、MnSO4・5H2O6.03g(25mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
[比較例3:Li2Fe0.66Mn0.34SiO4の合成]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水30cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にFeSO4・7H2O 9.31g(33.5mmol)、MnSO4・5H2O3.98g(16.5mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
[比較例4:Li2MnSiO4の合成]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水37.5cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にMnSO4・7H2O 12.05g(50mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
[比較例5:Li2CoSiO4の合成]
LiOH・H2O 4.20g(100mmol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(50mmol)に超純水30cm3を加えて混合した(この時のpHは約13)。この水分散液にCoSO4・7H2O 14.055g(50mmol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末8.4gにグルコース(炭素濃度として10%)及び超純水10cm3を加え、還元雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
これら実施例1〜5及び比較例1〜5で得られたオリビン型シリケート化合物の組成を表1に示す。
[試験例1]
実施例1〜5及び比較例1〜5で得られた凍結乾燥粉末のX線回折を行った。得られたX線回折図を図1〜図10に示す。図1〜図10から明らかなように、実施例1〜5及び比較例1〜5で得られた粉末は、いずれもオリビン型シリケート化合物の単一相であり、高純度であることが判明した。
[試験例2]
実施例1及び比較例1〜3で得られた焼成物を用い、リチウムイオン二次電池の正極を作製した。実施例1及び比較例1〜3で得られた焼成物、ケッチェンブラック(導電剤)、ポリフッ化ビニリデン(粘結剤)を重量比75:15:10の配合割合で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
次いで、上記の正極を用いてコイン型リチウムイオン二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒に、LIPF6を1mol/lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンなどの高分子多孔フィルムなど、公知のものを用いた。これらの電池部品を露点が−50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型リチウム二次電池(CR−2032)を製造した。
製造したリチウムイオン二次電池を用いて定電流密度での充放電を1サイクル行った。このときの充電条件は電流0.1CA(33mA/g)、電圧4.5Vの定電流定電圧充電とし、放電条件は電流0.1CA、終止電圧1.5Vの定電流放電とした。温度は全て30℃とした。
実施例1〜5及び比較例1〜5の正極材で構築した電池の充放電曲線を図11〜図20に示す。
図11〜図20より、本発明の正極材料を用いたリチウムイオン電池は、比較例のそれに比べて優れた電池特性を有することがわかる。

Claims (11)

  1. 次式(1):
    Li2FeaNibCocMndZrxSiO4・・・(1)
    (式(1)中、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xを満たし、xは、0<x<0.5を満たす数を示す)
    で表されるジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物。
  2. 式(1)中のaが、0ではない請求項1に記載のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物。
  3. 請求項1又は2に記載のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物を含有する二次電池用正極活物質。
  4. 請求項3に記載の二次電池用正極活物質を含む正極を有する二次電池。
  5. MSO4(式中、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される遷移金属硫酸塩又は(R)2M(式中、Rは有機酸残基を示し、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される有機酸遷移金属塩を用い、リチウム化合物、ケイ酸化合物及びジルコニウム化合物を含有する塩基性水分散液を水熱反応させることを特徴とする、請求項1又は2に記載のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物の製造方法。
  6. 塩基性水分散液と、MSO4(式中、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される遷移金属硫酸塩の1種又は2種以上及びジルコニウム化合物とを混合し、得られた混合物を水熱反応させる請求項5に記載のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物の製造方法。
  7. 塩基性水分散液が、さらに(R)2M(式中、Rは有機酸残基を示し、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される有機酸遷移金属塩を含有する請求項5に記載のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物の製造方法。
  8. リチウム化合物が、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、硫酸リチウムから選ばれるものである請求項5〜7のいずれか1項に記載のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物の製造法。
  9. ケイ酸化合物が、非晶質シリカ及びNa4SiO4から選ばれるものである請求項5〜8のいずれか1項に記載のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物の製造法。
  10. 塩基性水分散液のpHが、12.0〜13.5である請求項5〜9のいずれか1項に記載のジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物の製造法。
  11. MSO4(式中、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される遷移金属硫酸塩又は(R)2M(式中、Rは有機酸残基を示し、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される有機酸遷移金属塩を用い、リチウム化合物、ケイ酸化合物及びジルコニウム化合物を含有する塩基性水分散液を水熱反応させ、水熱反応後、得られたジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物にカーボン担持し、次いで焼成することを特徴とする、請求項3に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。
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