JP2013206554A - 活物質、電極及びリチウムイオン二次電池 - Google Patents

活物質、電極及びリチウムイオン二次電池 Download PDF

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Abstract

【課題】十分な放電容量を得られ、レート特性の良好な活物質、電極、及びリチウムイオン二次電池を提供すること。
【解決手段】リチウムイオン二次電池用電極活物質に、化学式LiVOPOで表される化合物であって、前記化合物の結晶系が正方晶系であり、平均一次粒子径が0.05μm以上3μm以下である活物質を用いる。
【選択図】図1

Description

本発明は、活物質、電極及びリチウムイオン二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、LiCoOが広く用いられている。しかし、LiCoOは、その原料コストが高いことやその熱安定性が低く安全性に問題があることを指摘されている。これらの問題を克服する正極活物質としてLiFePOやLiVOPO等のリン酸系の正極活物質が注目されている。リン酸系正極材料の中でも4V級の充放電電圧を実現し得る化合物として、LiVOPOが知られている(下記特許文献1)。
特開2004−303527号公報
LiVOPOは結晶構造として、三斜晶系、斜方晶系、正方晶系のものが知られており、それぞれ、JCPDSカード72−2253、42−0469、74−4425に記載されているX線回折パターンを与える結晶構造を有する。特許文献1に使用されているLiVOPOの結晶構造は三斜晶系および斜方晶系である。しかしながら、特許文献1記載された方法により得られたLiVOPOは、十分なレート特性を得られるものではなかった。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、活物質として三斜晶系および斜方晶系のLiVOPOを用いた場合に比べて、高いレート特性が得られる活物質、電極およびリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る活物質は、化学式LiVOPOで表される化合物であって、前記化合物中の結晶系が正方晶系であり、平均一次粒子径が0.05μm以上3μm以下である。
本発明によれば、従来と比較して良好なレート特性を実現することができる。この理由は明らかではないが、正方晶系のLiVOPOは、充電時と放電時の体積変化率が他の三斜晶系LiVOPOや斜方晶系LiVOPOなどよりも大きいことが分かっており、Liの挿入・脱離が容易に行われると考えられる。
ここで本発明の活物質は、Cu−Kα線を用いた正方晶系LiVOPO活物質のX線回折測定における2θ=19−21度の間に存在する(001)面と2θ=27.5−29.5度の間に存在する(111)面の回折ピーク強度比(I(001)/I(111))が、0.2以上10以下のときに良好なレート特性を実現することを見出した。
また、本発明に係る電極は、集電体と、上記活物質を含み集電体上に設けられた活物質層とを備えることにより、高いレート特性を得ることができる。
また、本発明に係るリチウム二次電池は、上記電極を備えることにより、高いレート特性を得ることができる。
本発明によれば、高いレート特性が得られる活物質、電極及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の模式断面図である。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。
[活物質]
まず、本実施形態に係る活物質について説明する。
本実施形態に係る活物質は、化学式LiVOPOで表される化合物であって、前記化合物の結晶系が正方晶系であり、平均一次粒子径が0.05μm以上3μm以下である。さらに、平均一次粒子径は0.08μm以上1μm以下であることがより好ましい。また、正方晶系LiVOPO以外にも微量の三斜晶系や斜方晶系LiVOPOを含んでいてもよく、さらには、LiVOPO以外にも微量の未反応の原料成分等を含んでいてもよい。平均一次粒径を所望の範囲にするために、焼成温度などの焼成工程や、ボールミルによる粉砕時間などの粉砕工程およびふるい分けによる分級処理などを適宜調整して行うことができる。
活物質の平均一次粒子径の算出方法は以下の通りである。まず、活物質を走査型電子顕微鏡にて観察し、100個以上の一次粒子を撮像する。得られた画像の粒子一つ一つの面積を算出した後、円相当径に換算して粒子径とし、それらの平均値を平均一次粒子径とする。
本発明の活物質は、Cu−Kα線を用いた正方晶系LiVOPO活物質のX線回折測定における2θ=19−21度の間に存在する(001)面と2θ=27.5−29.5度の間に存在する(111)面の回折ピーク強度比(I(001)/I(111))が、0.2以上10以下のときに良好なレート特性が得られた。この理由は明らかではないが、ピーク強度比(I(001)/I(111))が、0.2以上10以下のときには正方晶系のLiVOPOの結晶性が比較的に良好で、充電および放電時の劣化が少ないものと考えられる。さらに、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))が、0.4以上8以下であることがより好ましい。
[活物質の製造方法]
本実施形態に係る活物質の製造方法について説明する。
正方晶系のLiVOPOの活物質の製造方法は特に限定されないが、少なくとも原料調製工程及び焼成工程を備える。本実施形態では、原料調製工程により得た混合物を乾燥する乾燥工程を焼成工程前に実施しても良い。必要に応じて乾燥工程および焼成工程前に水熱合成工程を実施しても良い。本実施形態では、焼成工程により得た生成物を粉砕する粉砕工程を実施しても良い。なお、本発明では、乾燥工程及び粉砕工程は必須の工程ではなく、これらの工程を実施しなくとも、所望の活物質を製造することが可能である。以下では、各工程について説明する。
[原料調製工程]
原料調製工程では、リチウム源、バナジウム源、リン源及び水を攪拌、混合して、混合物(混合液)を調製する。調製工程では、リチウム源、バナジウム源、リン源及び水を同時に混合することが好ましい。
リチウム源としては、例えば、LiCO、LiF、LiNO、LiOH、LiCl、LiBr、LiI、LiSO、LiPO及びCHCOOLiおよびこれらの水和物からなる群より選ばれる一種又は二種以上を用いることができる。とくに、水溶性のリチウム塩を用いた場合、リチウムイオン二次電池の放電容量が向上する傾向がある。水溶性のリチウム塩としては、例えば、LiNO、LiOH、LiCl、LiI、LiSO及びCHCOOLiおよびこれらの水和物が挙げられる。
リン源としては、例えば、HPO、NHPO及び(NHHPOからなる群より選ばれる少なくとも一種を用いることができる。なお、二種以上のリン源を併用してもよい。
バナジウム源としては、例えば、V又はNHVOのいずれかを用いることができる。なお、二種以上のバナジウム源を併用してもよい。
リチウム源、バナジウム源及びリン源の配合比は、リチウム源に含まれるリチウムのモル数、バナジウム源に含まれるバナジウムのモル数、リン源に含まれるリンのモル数の比が、1:1:1となるように調整すればよい。つまり、混合物中のLi,V及びPのモル比を、LiVOPOの化学量論比(1:1:1)になるように調整すればよい。なお、配合比は、必ずしも上記の化学量論比を満たさなくてもよい。例えば、最終的に得られる活物質におけるLiの欠損を防止するために、リチウム源を多めに配合してもよい。つまり、混合物中のLi,V及びPのモル比を、敢えて1:1:1からずらしてもよい。
混合物の調製に用いる水としては、例えば蒸留水又はイオン交換水を用いればよい。混合物の調製に用いる水の量は、特に限定されないが、リチウム源、バナジウム源及びリン源が水中に均一に溶解又は分散する程度の十分な量に調整すればよい。
調製工程では、リチウム源、バナジウム源、リン源及び水を炭素源と共に混合して、混合物を調製することが好ましい。炭素源は、焼成工程において、混合物中の活物質の前駆体(例えば、リチウム源、バナジウム源及びリン源から形成された複合体)を被覆し、活物質の過剰な結晶成長を抑制する。その結果、微小な活物質の結晶を得易くなる。
炭素源としては、例えば、グラファイト又はアセチレンブラック等の炭素材を用いることができる。また、炭素源として有機化合物を用いてもよい。有機化合物としては、スクロース、グルコース、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、フルクトオリゴ糖、ソルビトール、ラクトース等の等の水溶性の高分子又は糖類が挙げられる。また、炭素源として、アスコルビン酸やポリフッ化ビニリデンを用いてもよい。炭素源としては、水溶性の有機化合物よりも、水中に固体として存在する親水性の炭素材が好適である。
調整工程は、リチウム源と、バナジウム源と、リン源と、水と、必要に応じて、ヒドラジンなどの還元剤と共に混合して、混合物を調製しても良い。混合物には、還元剤を、混合物全量を基準として0.1〜2.0mol/Lとなるよう加えることが好ましい。
調製工程では、リチウム源、バナジウム源、リン源と、水と、必要に応じて、過酸化水素(H)などの酸化剤と共に混合して、混合物を調製しても良い。水中でバナジウム源と過酸化水素とが共存する場合、バナジウム源が水和し易くなり、水に対するバナジウム源の溶解度及び分散性が向上する。その結果、得られる活物質が微小化し易く、その組成の均一性が向上し易い。
混合物を調整する際の原料の投入順序は特に制限されない。例えば、上記混合物に含まれる原料をまとめて混合してもよく、また、最初に、バナジウム化合物と水とリン含有化合物とを混合し、その後、還元剤を添加し、さらにその後、リチウム化合物を加えてもよい。
[水熱合成工程]
必要に応じて、原料調製工程で得られた混合物について、より均一な混合物を得るためまたはLiVOPOの前駆体を形成させるため水熱合成工程を実施しても良い。
水熱合成工程では、まず、内部を加熱、加圧する機能を有する反応容器(例えば、オートクレーブ等)内に、上述した混合物を投入する。なお、反応容器内で、混合物を調整してもよい。
次に、反応容器を密閉して、混合物を加圧しながら加熱することにより、混合物の水熱反応を進行させる。撹拌しながら必要な時間、高温温度で保持した後、加熱を停止し、室温まで冷却することにより、混合物またはLiVOPOの前駆体が得られる。
[乾燥工程]
上記の調製工程で得られた混合物や水熱合成工程で得られた混合物またはLiVOPOの前駆体溶液を乾燥工程において乾燥させることが好ましい。例えば、乾燥工程では、80〜300℃程度で加熱すればよい。乾燥方法としては、オーブン乾燥、スプレードライヤー、フラッシュジェットドライヤーなどを用いることができる。乾燥させることによりLiVOPOを主成分として含有する活物質またはLiVOPOの前駆体粉末を得ることができる。
[焼成工程]
本実施形態に係る活物質の製造方法は、乾燥工程にて得られたLiVOPOを主成分として含有する活物質またはLiVOPOの前駆体粉末を加熱する工程をさらに備えていてもよい。
焼成工程の加熱処理手法は任意であるが、例えば箱形炉、管状炉、トンネル炉、ロータリーキルン等を使用することができる。加熱処理は、通常、昇温・最高温度保持・降温の三部分に分けられる。また、二番目の最高温度保持部分は必ずしも一回とは限らず、目的に応じて二段階又はそれ以上の段階を踏ませてもよい。
更に、上記の加熱処理は昇温・最高温度保持・降温の工程を2回又はそれ以上繰り返し行なってもよい。また、加熱処理と加熱処理との間に、二次粒子を破壊しない程度に凝集を解消することを意味する解砕工程を挟んで行なってもよい。
焼成工程の雰囲気は特に限定されないが、大気雰囲気であることが好ましい。
[粉砕工程]
粉砕工程では、焼成工程で得た生成物を粉砕することが好ましい。粉砕により、一次粒子または二次粒子が微小化する。粉砕工程で用いる粉砕方法としては、例えば遊星ボールミル、ジェットミル等が挙げられる。なお、粉砕工程は、リチウムイオン二次電池の正極活物質層を作製する時点で実施しても良い。正極活物質層の作製工程では、活物質、導電助剤、有機バインダー及び有機溶媒等から調製したスラリーを正極集電体上に塗布し、乾燥することにより正極活物質層が形成される。この工程において、活物質と導電助剤との混合物を粉砕してもよい。スラリーそのものに粉砕処理を施してもよい。
[リチウムイオン二次電池]
続いて、本実施形態に係る電極、及びリチウムイオン二次電池について図1を参照して簡単に説明する。
リチウムイオン二次電池100は、主として、積層体30、積層体30を密閉した状態で収容するケース50、及び積層体30に接続された一対のリード60,62を備えている。
積層体30は、正極10および負極20がセパレータ18を挟んで対向配置されたものである。正極10は、正極集電体12上に正極活物質層14が設けられた物である。負極20は、負極集電体22上に負極活物質層24が設けられた物である。正極活物質層14及び負極活物質層24がセパレータ18の両側にそれぞれ接触している。正極集電体12及び負極集電体22の端部には、それぞれリード60,62が接続されており、リード60,62の端部はケース50の外部にまで延びている。
正極10の正極集電体12としては、例えば、アルミニウム箔等を使用できる。正極活物質層14は、上述の活物質粒子、バインダー、及び、必要に応じて添加される導電材を含む層である。必要に応じて添加される導電材としては、例えば、カーボンブラック類、炭素材料、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。
バインダーは、上記の活物質粒子と導電材とを集電体に結着することができれば特に限定されず、公知の結着剤を使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ化ビニリデン―ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素樹脂が挙げられる。
このような正極は、公知の方法、例えば、前述の活物質粒子を含む電極活物質、又は活物質粒子、バインダー、及び導電材を、それらの種類に応じた溶媒、例えばPVDFの場合はN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等の溶媒に添加したスラリーを、正極集電体12の表面に塗布し、乾燥させることにより製造できる。
負極集電体22としては、銅箔等を使用できる。また、負極活物質層24としては、負極活物質、導電材、及び、バインダーを含むものを使用できる。導電材としては特に限定されず、炭素材料、金属粉などが使用できる。負極に用いられるバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)等のフッ素樹脂が使用できる。
負極活物質としては、黒鉛、難黒鉛化炭素等の炭素材料、Al、Si、Sn等のリチウムと化合することのできる金属、SiO、SnO等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(LiTi12)等を含む粒子が挙げられる。
負極20の製造方法は、正極10の製造方法と同様にスラリーを調整して集電体に塗布すればよい。
電解液としては、特に限定されず、例えば、本実施形態では、有機溶媒にリチウム塩を含む電解液を使用することができる。リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF等の塩が使用できる。なお、これらの塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等が好ましく挙げられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。
また、セパレータ18は、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が使用できる。
ケース50は、その内部に積層体30及び電解液を密封するものである。ケース50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されず、例えば、金属ラミネートフィルムを利用できる。
リード60,62は、アルミ等の導電材料から形成されている。
本活物質は、リチウムイオン二次電池以外の電気化学素子の電極材料としても用いることができる。このような、電気化学素子としては、金属リチウム二次電池(カソードに本発明の複合粒子を含む電極を用い、アノードに金属リチウムを用いたもの)等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池や、リチウムキャパシタ等の電気化学キャパシタ等が挙げられる。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
[調製工程]
500mlのイオン交換水に五酸化バナジウム(V)0.06molを投入した。次に、30重量%の濃度の過酸化水素水溶液75gを上記のイオン交換水に投入し、五酸化バナジウムが溶解するまでスターラーを用いてイオン交換水を攪拌した。次に、水酸化リチウム1水和物0.12mol、リン酸0.12mol及び炭素源1gを上記のイオン交換水に加えた。このイオン交換水を12時間攪拌した。以上の調製工程により、五酸化バナジウム、水酸化リチウム1水和物、リン酸、イオン交換水、過酸化水素及び炭素源の混合容液(混合物)を調製した。炭素源としては、加熱した硝酸中で親水化したカーボンブラック(表面に水酸基を有するカーボンブラック)を用いた。
[乾燥工程]
乾燥工程では、上記の混合溶液をスプレードライヤーで乾燥して、粉末を得た。
[焼成工程]
焼成工程では、乾燥した上記の粉末を300℃の大気中で4時間加熱処理することにより、焼成粉末を得た。
[粉砕工程]
粉砕工程では、上記の焼成粉末を遊星ボールミルで10分粉砕処理を行うことで活物質を得た。
[平均一次粒子径の測定]
得られた活物質について、前記方法により平均一次粒子径を求めたところ0.4μmであった。
[X線回折測定による活物質の同定]
得られた活物質のX線回折測定を行った結果、JCPDSカード74−4425に記載されているX線回折パターンを示す正方晶系LiVOPOであることを確認した。
また(001)面と(111)面の回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めたところ1.2であった。
[評価用セルの作製]
実施例1の活物質と、結合剤であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)と、導電材であるアセチレンブラックと、を混合したものを、溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に分散させてスラリーを調製した。なお、スラリーにおいて活物質とアセチレンブラックとPVDFとの重量比が84:8:8となるように、スラリーを調製した。このスラリーを集電体であるアルミニウム箔上に塗布し、乾燥させた後、圧延を行い、実施例1の活物質を含む活物質層が形成された電極を得た。
次に、得られた電極と、その対極であるLi箔とを、それらの間にポリエチレン多孔膜からなるセパレータを挟んで積層し、積層体を得た。この積層体を、アルミラミネートパックに入れ、このアルミラミネートパックに、電解液として1MのLiPF溶液を注入した後、真空シールし、実施例1の評価用セルを作製した。
[放電容量の測定]
実施例1の評価用セルを用いて、放電レートを0.1C(25℃で定電流放電を行ったときに10時間で放電終了となる電流値)および1C(25℃で定電流放電を行ったときに1時間で放電終了となる電流値)とした場合の放電容量(単位:mAh/g)を測定した。測定結果を表1に示す。
[レート特性の評価]
0.1Cでの放電容量に対する、1Cでの放電容量の百分率を算出し、レート特
性として評価した。実施例1の評価用セルのレート特性は、85.2%であった。
(実施例2)
[調整工程および水熱合成工程]
500mlのマイヤーフラスコに、0.2molのリン酸、及び、200gの蒸留水を入れ、マグネチックスターラーで攪拌した。続いて、0.1molの五酸化バナジウムを加え、約2.5時間攪拌を続けた 次に、0.05molのヒドラジンを、上記混合物中に加えた。ヒドラジンを加えた後、約60分間攪拌を継続した。 続いて、0.2mol水酸化リチウム1水和物を約10分かけて加えた。得られたペースト状の物質に、20gの蒸留水を追加した後、フラスコ内の物質を、0.5Lオートクレーブのガラス製の円筒容器内に移した。容器内の物質のpHを測定したところ、pHは4〜6であった。容器を密閉し、12時間、150℃で保持し、水熱合成を行った。ガラス容器内の圧力は、0.60MPaに保持した。
加熱を停止した後、ガラス容器内の温度が30.0℃まで下がってからガラス容器内から混合液を取り出した。ガラス容器内から取り出た混合液は、水色の沈殿を含む濃緑色の溶液であった。更に約200mlの蒸留水容器内を攪拌洗浄しながら、全量をステンレスバットに取り出し、80℃で12時間乾燥した。
乾燥後、乳鉢にて粗粉砕を行い、粉末を得た。
[焼成工程]
焼成工程では、粗粉砕した上記の粉末を実施例1と同様に300℃の大気中で4時間加熱処理することにより、焼成粉末を得た。
[粉砕工程]
粉砕工程では、上記の焼成粉末を遊星ボールミルで10分粉砕処理を行うことで活物質を得た。
実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
[放電容量の測定およびレート特性評価]
得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例2の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例3)
焼成工程において、焼成温度を280℃にした以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例3の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例4)
焼成工程において、焼成温度を260℃にし、得られた粉末状の生成物を目開き106μmのふるいを通過させた以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例4の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例5)
焼成工程において、焼成温度を260℃にし、得られた粉末状の生成物を目開き53μmのふるいを通過させた以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例5の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例6)
粉砕工程において、ポットミルにて1時間粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例6の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例7)
粉砕工程において、ポットミルにて30分粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
分んさいこうてmのふるいを通過し、顕微鏡で確認することによって、得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例7の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例8)
粉砕工程において、遊星ボールミルで20分粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
分んさいこうてmのふるいを通過し、顕微鏡で確認することによって、得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例8の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例9)
粉砕工程において、遊星ボールミルで15分粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
分んさいこうてmのふるいを通過し、顕微鏡で確認することによって、得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例9の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例10)
粉砕工程において、遊星ボールミルで5分粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
分んさいこうてmのふるいを通過し、顕微鏡で確認することによって、得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例10の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例11)
粉砕工程において、遊星ボールミルで2分粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
分んさいこうてmのふるいを通過し、顕微鏡で確認することによって、得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例11の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例12)
粉砕工程において、遊星ボールミルで30分粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
分んさいこうてmのふるいを通過し、顕微鏡で確認することによって、得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例12の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例13)
粉砕工程において、遊星ボールミルで1分粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
分んさいこうてmのふるいを通過し、顕微鏡で確認することによって、得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。実施例13の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(比較例1)
焼成工程において、焼成温度を260℃にし、得られた粉末状の生成物を目開き38μmのふるいを通過させ、遊星ボールミルで20分粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。比較例1の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(比較例2)
粉砕工程において、乳鉢で10分粉砕処理を行った以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定し、回折ピーク強度比(I(001)/I(111))を求めた。結果を表1に示す。
分んさいこうてmのふるいを通過し、顕微鏡で確認することによって、得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。比較例2の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(比較例3)
調整工程および水熱合成工程において、ヒドラジンの代わりにアスコルビン酸を用い、焼成工程において、焼成温度を450℃にした以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定した。結果を表1に示す。
得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。比較例3の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
(比較例4)
焼成工程において、焼成温度を600℃にした以外は実施例2と同様にして活物質を作製した。実施例1と同様にして、平均一次粒子径を求め、さらにX線回折測定を行い、活物質の結晶構造を同定した。結果を表1に示す。
得られた活物質を用いて、実施例1と同様に電極、及び評価用セルを作製した。比較例4の評価用セルを用いて、実施例1と同様にして放電容量(単位:mAh/g)を測定し、レート特性を評価した。結果を表1に示す。
Figure 2013206554
10…正極、20…負極、12…正極集電体、14…正極活物質層、18…セパレータ、22…負極集電体、24…負極活物質層、30…積層体、50…ケース、60,62…リード、100…リチウムイオン二次電池。

Claims (4)

  1. 化学式LiVOPOで表される化合物であって、前記化合物の結晶系が正方晶系であり、平均一次粒子径が0.05μm以上3μm以下であることを特徴とする活物質。
  2. X線回折測定における(001)面と(111)面の回折ピーク強度比(I(001)/I(111))が、0.2以上10以下であることを特徴とする請求項1記載の活物質。
  3. 集電体と、請求項1又は2記載の活物質を含み前記集電体上に設けられた活物質層と、を備えることを特徴とする電極。
  4. 請求項3記載の電極を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
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