JP2013541141A - リチウム二次電池用陽極活物質及びその製造方法 - Google Patents

リチウム二次電池用陽極活物質及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2013541141A
JP2013541141A JP2013528128A JP2013528128A JP2013541141A JP 2013541141 A JP2013541141 A JP 2013541141A JP 2013528128 A JP2013528128 A JP 2013528128A JP 2013528128 A JP2013528128 A JP 2013528128A JP 2013541141 A JP2013541141 A JP 2013541141A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
anode active
secondary battery
lithium secondary
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013528128A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5678191B2 (ja
Inventor
スン ウ オ,
ヒ ヨン サン,
ユ リム ド,
ヒュン ボ リ,
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Innovation Co Ltd
Original Assignee
SK Innovation Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SK Innovation Co Ltd filed Critical SK Innovation Co Ltd
Publication of JP2013541141A publication Critical patent/JP2013541141A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5678191B2 publication Critical patent/JP5678191B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/10Sulfates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/40Nickelates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G51/00Treatment of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by two or more cracking processes only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G53/00Treatment of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by two or more refining processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01DCOMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D15/00Lithium compounds
    • C01D15/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G51/00Compounds of cobalt
    • C01G51/40Cobaltates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G51/00Compounds of cobalt
    • C01G51/40Cobaltates
    • C01G51/42Cobaltates containing alkali metals, e.g. LiCoO2
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10Solid density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/11Powder tap density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12Surface area
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1391Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本発明に係る製造方法は、ニッケルソース、コバルトソース、アルミニウムソース、アンモニア水、スクロース及びpH調節剤を混合反応させて混合溶液を製造する段階と、前記混合溶液を乾燥、酸化させて活物質前駆体を製造する段階と、前記活物質前駆体にリチウムソースを加えて焼成してリチウム二次電池用陽極活物質を製造する段階と、を含むことに特徴がある。

Description

本発明は、リチウム二次電池用陽極活物質及びその製造方法に関し、詳細に、極めて高い容量を有し、電気化学的特性が向上した陽極活物質及びその製造方法に関する。
電池は、大きく一次電池と二次電池とに区分され、一次電池とは、非可逆的な反応を利用して電気を生産するため、一回使われた後には再使用が不可能な電池であり、一般的に多く使用する乾電池、水銀電池、ボルタ電池などがこれに属し、二次電池とは、可逆的な反応を利用するため、使用後に充電して再使用が可能な電池であり、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッカド(Ni−Cd)電池などがこれに属する。
二次電池のうち一つであるリチウムイオン電池は、一般的に炭素からなる陰極及び一般的にリチウム化合物からなる陽極、二つの極の間に位置する電解質、そして陰極及び陽極を連結する電線を含んで構成される。電解質内のリチウムイオンは、充電(charge)時には陰極側に、放電(discharge)時には陽極側に移動し、各極で剰余の電子を放出し、又は吸収して化学反応を起こすようになる。このような過程で前記電線に電子が流れるようになり、これにより、電気エネルギーが発生するようになる。ここで、リチウムイオン電池を使用して説明したが、他の二次電池の場合も電極または電解質として使われる物質のみが変わり、基本原理及び構造は同様である。すなわち、一般的に二次電池は、前述したように、陰極、陽極、電解質及び電線を含んでなるものである。
この時、二次電池は、陰極、陽極、電解質及び電線が各々単一個備えられて形成されることもできるが、より一般的には、単一個の陰極、陽極、電解質及び電線からなる単位セルが複数個連結されてなる。すなわち、二次電池パックの内部には前記説明したような単位セルが複数個入っている。もちろん、各単位セルは、電気的に互いに連結される。
一般的に、二次電池は、その内部に複数個の単位セルを含んでおり、また、一般的に各セルの電極と連結された一対の外部端子タップ(すなわち、各単位セルの陰極が連結された一つの陰極、各セルの陽極が連結された一つの陽極であり、電池一つ当たり一対が備えられて電極として機能するタップ)が外部に露出されている形態で構成される。このような二次電池は、一般的に単一の陽極及び陰極が使われるよりは、複数個の陽極及び陰極が連結されて一つのパックとしてのバッテリーを形成するようになる。
特許文献1、及び特許文献2のように、リチウム二次電池の陽極活物質として、Li−M−P系(Mは、Fe、Mn、Co、Niで構成された群から選択された1種以上)、Li−Mn−Ni系、Li−Ni−Mn−Co系のようなリチウム活物質前駆体が使われている。
しかし、リチウム二次電池の陽極活物質として広く使われているLiNi1/3Co1/3Mn1/3物質は、短絡電圧(cut−off voltage)が3.0〜4.3Vの場合、半電池(Half Cell)でテストする時、ほぼ150mAh/gの容量のみを有し、EV用バッテリーのような高容量バッテリーを製造するためには高容量陽極活物質開発が至急な実情である。
韓国公開特許第2009−0020288号公報 韓国公開特許第2009−0006898号公報
本発明は、高容量リチウム二次電池用陽極活物質及びその製造方法を提供することに目的がある。本発明は、リチウムイオンが本発明によるリチウム二次電池用陽極活物質の構造内で脱挿入が円滑になり、リチウムイオンの拡散速度が増加することによって電気化学的特性が向上するだけでなく、高率特性が向上したリチウム二次電池用陽極活物質及びその製造方法を製造する方法を提供することに目的がある。
本発明に係る陽極活物質の製造方法は、多孔性構造を有するため、高い非表面積及び気孔体積を有し、高い容量を有するリチウム二次電池用陽極活物質を製造する方法であり、本発明による多孔性陽極活物質の製造方法は、ニッケルソース、コバルトソース及びアルミニウムソースを含む金属水溶液、アンモニア水、スクロース及びpH調節剤を含む原料を混合反応させて活物質前駆体を製造する段階と、前記活物質前駆体にリチウムソースを加えて焼成して下記化学式1のリチウム二次電池用陽極活物質を製造する段階と、を含むことを特徴とする。
(化学式1)
Li1+zNi1−x−yCoAl
ここで、前記zは0以上〜0.3以下の実数であり、前記xは0.05以上〜0.3以下の実数であり、前記yは0超過〜0.3以下の実数であり、1−x−yは0.4以上〜0.95未満の実数であり、好ましく、前記yは0.01以上〜0.3以下の実数であり、前記1−x−yは0.4以上〜0.94以下の実数である。
前述したように、本発明に係る製造方法は、ニッケルソース、コバルトソース、アルミニウムソース、キレート剤であるアンモニア水、pH調節剤及びスクロースを原料にして活物質前駆体を製造した後、前記活物質前駆体にリチウムソースを投入した後、これを熱処理して陽極活物質を製造する特徴がある。
本発明により製造されたリチウム二次電池用陽極活物質は、総気孔体積が6.5〜8.0×10−2cc/gであり、非表面積が0.7〜1.0m/gであることを特徴とし、多孔構造を有する球形の粒子形態を有することができる。
本発明により製造されたリチウム二次電池用陽極活物質は、高率特性が著しく向上する効果を有し、半電池テストをする場合、200mAh/g以上の高容量を示すことができ、より具体的には、200〜215mAh/gの容量を示すことができる。
詳細に、本発明に係る陽極活物質の製造方法は、pH調節剤で反応器に供給された混合液のpHを一定に維持し、ニッケルソース、コバルトソース及びアルミニウムソースを含む金属水溶液、好ましくは、ニッケルソース、コバルトソース、アルミニウムソース及びスクロースを含む金属水溶液とアンモニア水を反応器に供給及び反応させて反応物を製造し、製造された反応物を乾燥及び自然酸化させて活物質前駆体を製造した後、製造された活物質前駆体とリチウムソースを混合し、これを焼成して前記化学式1のリチウム二次電池用陽極活物質を製造する特徴がある。
前記ニッケルソースは、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、炭酸ニッケル、酢酸ニッケル、塩化ニッケル及び水酸化ニッケルから一つまたは二つ以上選択して使用することができ、好ましくは、硫酸ニッケルを使用することが好ましい。
前記コバルトソースは、硫酸コバルト、硝酸コバルト、炭酸コバルト、塩化コバルト及び水酸化コバルトから一つまたは二つ以上選択して使われることができ、好ましくは、硫酸ニッケルを使用することが好ましい。
前記アルミニウムソースは、Al、Al(ClO、AlPO、AlK(SO、Al(SO、Al、Al、TiO、AlF及びこれらの水化物から一つまたは二つ以上選択して使用することができ、好ましくは、硫酸アルミニウムを使用することが好ましい。
前記ニッケルソース、コバルトソース及びアルミニウムソースは、水溶液状態で反応器に供給され、前記ニッケルソース、コバルトソース及びアルミニウムソースを含む金属水溶液は、金属のモル濃度が1〜3Mであることが好ましい。この時、前記金属は、ニッケル、コバルト及びアルミニウムを意味する。
前記モル濃度が1Mより小さい場合には球形粒子の形成に反応時間が長くかかる短所があり、3Mを超過する場合には反応初期に反応性が大きくなってタップ密度が低い粒子が形成される短所がある。
前記金属水溶液は、0.2〜0.5L/hrの速度で反応器に供給して反応させることが反応性において良い。
前記金属水溶液に含まれるニッケルソース、コバルトソース及びアルミニウムソースのモル比は、前記化学式1によるニッケル、コバルト及びアルミニウムの元素比を満たすように定量投入されることが好ましい。
詳細に、前記金属水溶液は、ニッケル:コバルト:アルミニウムのモル比が0.4〜0.94:0.05〜0.3:0.01〜0.3であることが好ましい。より詳細に、ニッケルソース、コバルトソース及びアルミニウムソースの各金属元素のモルを基準に、金属元素(ニッケル、コバルト及びアルミニウム)の総モル数に対するコバルトモル数の比が0.05〜0.3になるようにコバルトソースを含み、前記金属元素の総モル数に対するアルミニウムモル数の比が0超過〜0.3、好ましく、0.01〜0.3になるようにアルミニウムソースを含み、前記金属元素の総モル数に対するニッケルモル数の比が0.4以上〜0.95未満、好ましく、0.4〜0.94になるようにニッケルソースを含む。
CoとAlのモル比が前記限定範囲を超える場合、すなわち、Coが0.05モル未満の場合、Ni含量があまりにも多くなって安定性に問題が発生し、0.3モル超過の場合、全体的な陽極活物質容量が減少する問題点が発生することができる。また、Alが0.01モル未満の場合、構造的安定性の特性が現れず、Alが0.2モル超過の場合、容量減少の原因となる問題点が発生することができる。
前記スクロースは、5〜30重量%で前記金属水溶液に含まれる特徴がある。前記スクロースは、原料の混合反応によりNi−Co−Al−(OH)の内部に存在するようになり、焼成時にスクロースが炭化されることで、製造されたリチウム二次電池用陽極活物質の粒子内部に気孔を形成するようになる。前記気孔によって電解液が粒子内部まで侵入が可能であるため、リチウムイオンが構造内で脱挿入が円滑になり、高率特性が向上することができる。
前述した前記スクロースを含む金属水溶液、アンモニア水及びpH調節剤を反応器に添加して攪拌することによって活物質前駆体を製造し、前記pH調節剤により、前記反応器内の混合溶液のpHが11〜13に調節され、反応器内の混合溶液の平均滞留時間が5〜7時間になるように原料の供給速度を調節することが良い。前記反応器の反応温度は40〜60℃であることが好ましい。前記pHを調節するためのpH調節剤は大きく制限されるものではないが、水酸化ナトリウムを使用することが好ましい。
前記アンモニア水は、前記金属水溶液の金属モル濃度に対して0.1〜0.25倍の濃度であることが好ましく、前記アンモニア水は、0.02〜0.05L/hrの速度で反応器に供給混合することが良い。アンモニアは、キレート剤(chealating agent)として金属イオン(Metal ion)を均一な組成を有するようにするために使われる。前記アンモニア濃度が前記範囲を外れる場合、NaOHにより不均一な組成で沈殿されて最適条件の前駆体を得ることができない。
前記活物質前駆体は、前記反応器で収得された反応物を乾燥及び自然酸化させて製造されることが好ましい。大きく制限されるものではないが、好ましくは、90〜120℃で10〜20時間乾燥させ、同じ温度で10〜15時間空気中自然酸化させることが好ましい。
前記活物質前駆体にリチウムソースを加えて焼成させることで、本発明による陽極活物質を製造することができる。
詳細に、前記乾燥及び自然酸化により収得された活物質前駆体と前記リチウムソースをミキサーを含む通常の攪拌装置を利用して混合した後、リチウムソースと活物質前駆体の混合物を熱処理して本発明による陽極活物質を製造する。
前記活物質前駆体と前記リチウムソースの混合時、前記リチウムソースは、化学式1によるリチウムの元素比を満たすように定量投入されることが好ましい。
詳細に、前記活物質前駆体を製造する混合溶液に含まれるニッケルソースのニッケル、コバルトソースのコバルト及びアルミニウムソースのアルミニウムのモル数の和を全体金属モル数にし、前記全体金属モル数1モルに対して1〜1.3モルのリチウムに該当するリチウムソースと前記活物質前駆体が混合されることが好ましい。
前記リチウムソースはリチウム塩を含み、前記リチウム塩はLiOHを含む。
前記焼成時、昇温は0.5〜1℃/minで400〜500℃まで昇温させる1段階及び1〜2℃/minで800〜900℃まで昇温させる2段階を含んで実行される特徴があり、前記焼成は、前記1段階昇温時点を基準に15〜20時間実行される特徴がある。
詳細に、前記焼成は、0.5〜1℃/minの速度で400〜500℃まで昇温させた後、400〜500℃で熱処理が行われ、1〜2℃/minの速度で800〜900℃まで昇温させた後、800〜900℃で再び熱処理が行われる多段熱処理であることが好ましい。この時、前記400〜500℃の熱処理は、4〜6時間実行されることが好ましい。
前記焼成時、昇温速度が前記範囲を外れる場合、スクロースが速く分解されて製造されるリチウム二次電池用陽極活物質粒子が割れる現象が発生することができ、より効果的な気孔形成のために、前記焼成は、前記条件(熱処理プロファイル)に適するように実行することが好ましい。
本発明により製造されたリチウム二次電池用陽極活物質は、5〜15μmの均一な大きさの多孔性粒子であるという特徴があり、下記化学式1の構造を有し、気孔が形成されたリチウム二次電池用陽極活物質であるという特徴がある。
(化学式1)
Li1+zNi1−x−yCoAl
ここで、前記zは0以上〜0.3以下の実数であり、前記xは0.05以上〜0.3以下の実数であり、前記yは0超過〜0.3以下の実数であり、1−x−yは0.4以上〜0.95未満の実数であり、好ましく、前記yは0.01以上〜0.3以下の実数であり、前記1−x−yは0.4以上〜0.94以下の実数である。
本発明によるリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法は、スクロースを加えることによって製造されたリチウム二次電池用陽極活物質の粒子内部に気孔が形成され、前記気孔によって電解液が粒子内部まで侵入が可能であるため、リチウムイオンが陽極活物質構造内で脱挿入が円滑になって高率特性が向上する効果がある。また、本発明によるリチウム二次電池用陽極活物質の気孔体積が広く、本発明により製造された陽極活物質の構造内のリチウムイオンの拡散速度が増加するようになり、電気化学的特性が向上する効果がある。
以下、実施例を介して本発明をさらに詳細に説明する。これらの実施例は、本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲がこれらの実施例により制限されると解釈されないことは当業界において通常の知識を有する者には自明である。
(実施例1)
4L大きさの反応器に硫酸ニッケル(NiSO6HO)、硫酸コバルト(CoSO7HO)及び硫酸アルミニウム(Al(SO18HO)が2Mで溶解され、20重量%のスクロースを含む金属水溶液を0.3L/hrの速度で供給した。この時、前記金属水溶液は、ニッケル:コバルト:アルミニウムが0.7:0.1:0.2のモル比になるように前記硫酸ニッケル(NiSO6HO)、硫酸コバルト(CoSO7HO)及び硫酸アルミニウム(Al(SO18HO)を含んだ。
0.2モル濃度のアンモニア水を0.03L/hrの速度で反応器に供給し、pHが11になるように水酸化ナトリウムを追加し、反応器を攪拌して反応させることで混合溶液を製造した。この時、前記反応時の平均温度は、40℃になるように維持した。
前記反応器の回転翼は、上下均一混合のために、二つの逆翼式に設計され、回転モーターの出力は、2.4kwであった。回転数は、1500rpmであった。
前記反応器で収得された反応物を110℃に15時間程度乾燥させ、12時間空気中自然酸化させて活物質前駆体を製造した。
製造された活物質前駆体と水酸化リチウム(LiOH)を1:1.05のモル比で混合した後、空気中1℃/minの速度で500℃まで昇温して5時間熱処理した後、2℃/minの速度で900℃まで昇温させて焼成させ、総焼成時間が20時間になるように焼成させ、リチウム二次電池用陽極活物質Li1.05Ni0.7Co0.1Al0.2を製造した。前記製造されたリチウム二次電池用陽極活物質は、平均直径が10μmであり、気孔が形成された均一粒子を得ることができた。
(実施例2)
前記金属水溶液がニッケル:コバルト:アルミニウムのモル比が0.6:0.1:0.3になるように前記硫酸ニッケル(NiSO6HO)、硫酸コバルト(CoSO7HO)及び硫酸アルミニウム(Al(SO18HO)を含むことを除き、実施例1と同様に実施し、リチウム二次電池用陽極活物質Li1.05Ni0.6Co0.1Al0.3を製造した。
(比較例1)
前記実施例1と同様に実施し、スクロースを含まないことに相違点があり、その他は前記実施例1と同様に実施した。
実施例1と比較例1で製造された粒子の平均非表面積と平均気孔体積を測定し、下記表1に示した。
Figure 2013541141
前記表1から分かるように、本発明による陽極活物質の場合、相当大きい気孔体積を有する多孔構造の粒子が製造されることが分かり、相当高い非表面積を有することが分かる。
前記実施例1、実施例2及び比較例1で製造された粒子の容量を測定し、下記表2に示した。
Figure 2013541141

Claims (12)

  1. リチウム二次電池用陽極活物質の製造方法において、
    ニッケルソース、コバルトソース及びアルミニウムソースを含む金属水溶液、アンモニア水、スクロース及びpH調節剤を含む原料を混合反応させて活物質前駆体を製造する段階と、
    前記活物質前駆体とリチウムソースを混合して焼成し、下記化学式1のリチウム二次電池用陽極活物質を製造する段階と、を含む多孔性のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
    (化学式1)
    Li1+zNi1−x−yCoAl
    (前記zは0以上〜0.3以下の実数であり、前記xは0.05以上〜0.3以下の実数であり、前記yは0超過〜0.3以下の実数であり、1−x−yは0.4以上〜0.95未満の実数である。)
  2. 前記スクロースは、5〜30重量%で前記金属水溶液に含まれることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
  3. 前記焼成は、0.5〜1℃/minで400〜500℃まで昇温させる1段階及び1〜2℃/minで800〜900℃まで昇温させる2段階に15〜20時間実行することを特徴とする請求項2に記載のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
  4. 前記金属水溶液の金属モル濃度は、1〜3Mである請求項2に記載のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
  5. 前記金属水溶液は、ニッケル:コバルト:アルミニウムのモル比が0.5〜0.94:0.05〜0.3:0.01〜0.3である請求項4に記載のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
  6. 前記金属水溶液が0.2〜0.5L/hrの速度で反応器に供給される請求項4に記載のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
  7. 前記混合反応時のpHは、11〜13である請求項1に記載のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
  8. 前記アンモニア水は、前記金属水溶液の金属モル濃度に対して0.1〜0.25倍のモル濃度を有する請求項1に記載のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
  9. 前記アンモニア水は、0.02〜0.05L/hrの速度で供給されることを特徴とする請求項8に記載のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
  10. 前記リチウムソースは、LiOHである請求項1に記載のリチウム二次電池用陽極活物質の製造方法。
  11. 請求項1〜10のうちいずれか一項に記載の製造方法により製造され、総気孔体積が6.5〜8.0×10−2cc/gであり、非表面積が0.7〜1.0m/gであり、容量が200〜215mAh/gであるリチウム二次電池用陽極活物質。
  12. リチウム二次電池用陽極活物質において、化学式1の構造を有する多孔性リチウム二次電池用陽極活物質。
    (化学式1)
    Li1+zNi1−x−yCoAl
    (前記zは0以上〜0.3以下の実数であり、前記xは0.05以上〜0.3以下の実数であり、前記yは0超過〜0.3以下の実数であり、1−x−yは0.4以上〜0.95未満の実数である。)
JP2013528128A 2010-09-08 2011-09-08 リチウム二次電池用陽極活物質及びその製造方法 Active JP5678191B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2010-0087726 2010-09-08
KR20100087726 2010-09-08
PCT/KR2011/006672 WO2012033369A2 (ko) 2010-09-08 2011-09-08 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013541141A true JP2013541141A (ja) 2013-11-07
JP5678191B2 JP5678191B2 (ja) 2015-02-25

Family

ID=45811093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013528128A Active JP5678191B2 (ja) 2010-09-08 2011-09-08 リチウム二次電池用陽極活物質及びその製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9825294B2 (ja)
EP (1) EP2615672A4 (ja)
JP (1) JP5678191B2 (ja)
KR (1) KR101395846B1 (ja)
CN (1) CN103098271B (ja)
WO (1) WO2012033369A2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021010321A1 (ja) * 2019-07-18 2021-01-21 株式会社豊田自動織機 アルミニウムの分散が均一である正極活物質
JP2021018974A (ja) * 2019-07-18 2021-02-15 株式会社豊田自動織機 アルミニウムの分散が均一である正極活物質

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101657265B1 (ko) * 2013-08-21 2016-09-13 주식회사 엘지화학 다공성 망간계 양극 활물질, 그의 제조방법 및 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬이차전지
CN104752719B (zh) * 2013-12-27 2017-10-13 比亚迪股份有限公司 一种LiMnxFe1‑xPO4正极活性材料及其制备方法
CN104577100A (zh) * 2014-12-13 2015-04-29 山东精工电子科技有限公司 通过添加高分子糖类作为成形介质制备锂离子二次电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的方法
JP2017120765A (ja) * 2015-12-25 2017-07-06 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
KR102036038B1 (ko) * 2016-06-08 2019-10-25 가부시키가이샤 인비젼 에이이에스씨 재팬 비수전해질 이차 전지
KR102496481B1 (ko) 2017-08-08 2023-02-06 삼성전자주식회사 이차전지 및 이차전지의 제조방법
CN112151774B (zh) * 2019-06-26 2022-07-05 湖北虹润高科新材料有限公司 一种用席夫碱反应制备的铝离子螯合剂来制备镍钴铝前驱体的方法
JP7230220B2 (ja) 2019-10-02 2023-02-28 エルジー・ケム・リミテッド リチウム二次電池用正極活物質及び前記正極活物質の製造方法
KR20230108571A (ko) 2022-01-11 2023-07-18 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지용 양극 활물질

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1173966A (ja) * 1997-07-01 1999-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池およびその正極活物質の製造法
JP2001266876A (ja) * 2000-03-15 2001-09-28 Sony Corp 正極活物質及び非水電解質電池、並びにそれらの製造方法
CN101093888A (zh) * 2007-07-20 2007-12-26 哈尔滨工业大学 蜂窝结构球形LiFePO4/C复合材料及其制备方法
CN101262061A (zh) * 2008-04-14 2008-09-10 天津巴莫科技股份有限公司 锂离子电池用球形掺铝镍钴酸锂及其制备方法
JP2008210701A (ja) * 2007-02-27 2008-09-11 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法
JP2009224097A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
JP2009224098A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
JP2009301813A (ja) * 2008-06-12 2009-12-24 Tayca Corp 炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造方法、およびリチウムイオン電池用正極材料
WO2010026627A1 (ja) * 2008-09-03 2010-03-11 住友大阪セメント株式会社 電極材料の製造方法と電極材料および電極並びに電池
WO2011105126A1 (ja) * 2010-02-24 2011-09-01 日立マクセルエナジー株式会社 正極材料、その製造方法、非水二次電池用正極および非水二次電池

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998029914A1 (fr) 1996-12-25 1998-07-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Materiau anodique actif, son procede de production, et element d'accumulateur a ion lithium comportant ledit materiau
JP3600051B2 (ja) 1998-12-25 2004-12-08 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
CN1741308B (zh) 2000-11-16 2012-06-27 日立麦克赛尔能源株式会社 含有锂的复合氧化物和使用它的非水二次电池、及其制法
JP3940788B2 (ja) 2001-08-01 2007-07-04 独立行政法人産業技術総合研究所 リチウムフェライト系複合酸化物およびその製造方法
US8658125B2 (en) 2001-10-25 2014-02-25 Panasonic Corporation Positive electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery containing the same
US20070141468A1 (en) 2003-04-03 2007-06-21 Jeremy Barker Electrodes Comprising Mixed Active Particles
KR100727332B1 (ko) 2003-09-26 2007-06-12 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 리튬 2차 전지의 포지티브 전극 재료용 리튬 복합 산화물입자, 및 이를 이용한 리튬 2차 전지용 포지티브 전극 및리튬 2차 전지
KR100759556B1 (ko) 2005-10-17 2007-09-18 삼성에스디아이 주식회사 음극 활물질, 그 제조 방법 및 이를 채용한 음극과 리튬전지
US8895190B2 (en) 2006-02-17 2014-11-25 Lg Chem, Ltd. Preparation method of lithium-metal composite oxides
JP5100024B2 (ja) * 2006-03-30 2012-12-19 住友金属鉱山株式会社 非水電解質二次電池用の正極活物質及びそれを用いた非水電解質二次電池
JP5008328B2 (ja) 2006-03-30 2012-08-22 住友金属鉱山株式会社 非水電解質二次電池用の正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水電解質二次電池
KR100818257B1 (ko) 2006-09-07 2008-04-01 삼성에스디아이 주식회사 다공성 탄소 및 그 제조방법
KR101452950B1 (ko) 2007-07-13 2014-10-21 주식회사 엘지화학 이차전지의 양극 활물질용 리튬 니켈계 산화물 및 그것의제조방법
KR101064791B1 (ko) 2007-08-23 2011-09-14 주식회사 엘지화학 혼합 전극 활물질, 및 이를 포함하는 이차전지
US20090104517A1 (en) 2007-10-17 2009-04-23 Toyotaka Yuasa Cathode active material and lithium ion secondary battery containing the same
US8088305B2 (en) 2008-02-22 2012-01-03 Byd Company Limited Lithium iron phosphate cathode material
KR101071336B1 (ko) * 2008-03-25 2011-10-07 주식회사 에너세라믹 리튬 전지용 올리빈형 양극 활물질 전구체, 및 이의 제조 방법
KR101494434B1 (ko) * 2008-04-02 2015-02-24 삼성전자주식회사 n차 계층 구조를 갖는 리튬-전이 금속 복합 화합물, 이의 제조 방법 및 이를 포함한 전극을 구비한 리튬 전지
JP5087790B2 (ja) * 2008-06-17 2012-12-05 住友金属鉱山株式会社 アルミニウム含有水酸化ニッケル粒子の製造方法
JP5618116B2 (ja) 2008-09-12 2014-11-05 住友金属鉱山株式会社 リチウムニッケル複合酸化物及びリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質に用いた非水系電解質二次電池
KR101051066B1 (ko) * 2008-11-21 2011-07-21 한국화학연구원 리튬이차 전지용 금속 복합 산화물 제조 방법 및 이를 포함하는 양극활물질
JP5487821B2 (ja) 2009-02-27 2014-05-14 住友化学株式会社 リチウム複合金属酸化物および正極活物質
CN101510600B (zh) * 2009-03-20 2011-07-20 广州鸿森材料有限公司 一种利用撞击流设备制备锂离子电池正极材料的方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1173966A (ja) * 1997-07-01 1999-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池およびその正極活物質の製造法
JP2001266876A (ja) * 2000-03-15 2001-09-28 Sony Corp 正極活物質及び非水電解質電池、並びにそれらの製造方法
JP2008210701A (ja) * 2007-02-27 2008-09-11 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法
CN101093888A (zh) * 2007-07-20 2007-12-26 哈尔滨工业大学 蜂窝结构球形LiFePO4/C复合材料及其制备方法
JP2009224097A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
JP2009224098A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
CN101262061A (zh) * 2008-04-14 2008-09-10 天津巴莫科技股份有限公司 锂离子电池用球形掺铝镍钴酸锂及其制备方法
JP2009301813A (ja) * 2008-06-12 2009-12-24 Tayca Corp 炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造方法、およびリチウムイオン電池用正極材料
WO2010026627A1 (ja) * 2008-09-03 2010-03-11 住友大阪セメント株式会社 電極材料の製造方法と電極材料および電極並びに電池
WO2011105126A1 (ja) * 2010-02-24 2011-09-01 日立マクセルエナジー株式会社 正極材料、その製造方法、非水二次電池用正極および非水二次電池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021010321A1 (ja) * 2019-07-18 2021-01-21 株式会社豊田自動織機 アルミニウムの分散が均一である正極活物質
JP2021018974A (ja) * 2019-07-18 2021-02-15 株式会社豊田自動織機 アルミニウムの分散が均一である正極活物質
JP7213427B2 (ja) 2019-07-18 2023-01-27 株式会社豊田自動織機 アルミニウムの分散が均一である正極活物質

Also Published As

Publication number Publication date
US20130252109A1 (en) 2013-09-26
CN103098271B (zh) 2016-03-09
KR20120026015A (ko) 2012-03-16
KR101395846B1 (ko) 2014-05-19
WO2012033369A3 (ko) 2012-06-14
CN103098271A (zh) 2013-05-08
EP2615672A4 (en) 2015-11-25
US9825294B2 (en) 2017-11-21
EP2615672A2 (en) 2013-07-17
JP5678191B2 (ja) 2015-02-25
WO2012033369A2 (ko) 2012-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5678191B2 (ja) リチウム二次電池用陽極活物質及びその製造方法
CN110168785B (zh) 镍基活性物质前驱体及其制备方法、镍基活性物质以及锂二次电池
CN110931768B (zh) 一种高镍类单晶锂离子电池正极材料及制备方法
CN105118967B (zh) 一种金属氧化物包覆改性的掺杂三元正极材料及其制备方法
JP4546937B2 (ja) 非水電解質リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを含むリチウム二次電池
KR101378580B1 (ko) 양극활물질, 상기 양극활물질을 포함하는 리튬 이차 전지 및 상기 리튬 이차 전지를 전기화학적으로 활성화시키는 방법
JP2020004722A (ja) リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体、その製造方法、そこから形成されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質、及びそれを含む正極を含んだリチウム二次電池
CN107210437B (zh) 正极活性物质及其制备方法
JP2020513658A (ja) リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体、その製造方法、そこから形成されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質、及びそれを含む正極を含むリチウム二次電池
JP2017536686A (ja) リチウム二次電池用正極活物質及びこれを含むリチウム二次電池
CN108473338B (zh) 镀钴前体的制造方法,通过上述方法制造的镀钴前体及利用上述前体制造的阴极活性物质
JP2014116303A (ja) 正極活物質、その製造方法およびそれを含むリチウム二次電池
JP2011251862A (ja) マンガン酸化物及びその製造方法
JP2019503551A (ja) 正極活物質の製造方法及びこれによって製造された正極活物質
JP4066472B2 (ja) 板状水酸化ニッケル粒子、その製造方法及びこれを原料とするリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の製造方法
KR20140064681A (ko) 나트륨 이차전지용 양극활물질 및 이의 제조 방법
JP2020514970A (ja) 正極活物質、その製造方法、およびこれを含むリチウム二次電池
JP4785230B2 (ja) リチウム二次電池用正極活物質及びその製造方法
CN115241451B (zh) 一种锂离子电池正极材料的制备方法
JP2002216752A (ja) コバルト化合物およびその製造方法ならびにそれを用いたアルカリ蓄電池用正極板およびアルカリ蓄電池
JP2023021107A (ja) 正極活物質、その製造方法、およびこれを含むリチウム二次電池
KR20160123406A (ko) 리튬이차전지용 양극 활물질 및 그 제조방법
CN114933335A (zh) 一种高镍三元正极材料及其制备方法
JP5562204B2 (ja) リチウム空気二次電池用正極とその製造方法ならびにリチウム空気二次電池
CN113764671A (zh) 一种锂离子电池正极材料

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140709

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20140725

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141006

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141217

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150105

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5678191

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250