JP2014162700A - 層状リチウム複合酸化物およびその製造方法、その層状リチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 - Google Patents
層状リチウム複合酸化物およびその製造方法、その層状リチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014162700A JP2014162700A JP2013037299A JP2013037299A JP2014162700A JP 2014162700 A JP2014162700 A JP 2014162700A JP 2013037299 A JP2013037299 A JP 2013037299A JP 2013037299 A JP2013037299 A JP 2013037299A JP 2014162700 A JP2014162700 A JP 2014162700A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composite oxide
- precursor
- firing
- lithium
- secondary battery
- 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
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
【解決手段】特定組成の層状リチウム複合酸化物の製造方法であって、リチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料を用いて前駆体を得る前駆体調製工程と、酸素濃度が5〜15体積%の雰囲気内において前記前駆体を焼成して、焼成体[1]を得る第1焼成工程と、前記第1焼成工程における酸素濃度よりも高い酸素濃度の雰囲気内において前記焼成体[1]を焼成して、焼成体[2]を得る第2焼成工程と、を備える、層状リチウム複合酸化物の製造方法。
【選択図】なし
Description
そして、これら構成要素のうち、正極活物質として検討されているものには、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)、リチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)等がある。特に、リチウムコバルト複合酸化物を正極に用いた電池については、優れた初期容量特性やサイクル特性を得るための開発がこれまで数多く行われており、すでに実用化に至っている。
しかし、コバルトが希少資源であるため、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を正極に用いたリチウムイオン二次電池は高価である。そこで、コバルトの少なくとも一部を他の元素に置換した代替材料等が求められており、すでにいくつかの提案がなされている。
本発明は以下の(1)〜(7)である。
(1)下記式(I)で表される層状リチウム複合酸化物の製造方法であって、
リチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料を用いて前駆体を得る前駆体調製工程と、
酸素濃度が5〜15体積%の雰囲気内において前記前駆体を焼成して、焼成体[1]を得る第1焼成工程と、
前記第1焼成工程における酸素濃度よりも高い酸素濃度の雰囲気内において前記焼成体[1]を焼成して、焼成体[2]を得る第2焼成工程と、
を備える、層状リチウム複合酸化物の製造方法。
式(I):Li(1+x)M1 (1-x-p)M2 pO(2-a)
ただし、式(I)において、M1はMn、Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、M2はB、P、S、Pb、Sb、SiおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、0≦x≦0.5、0≦p≦1.0、0≦a≦1.0である。
(2)前記第1焼成工程において前記前駆体を焼成する温度と、前記第2焼成工程において前記焼成体[1]を焼成する温度とが、共に850℃超1000℃未満である、上記(1)に記載の層状リチウム複合酸化物の製造方法。
(3)前記前駆体調製工程が、リチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥して前記前駆体を得る工程である、上記(1)または(2)に記載の層状リチウム複合酸化物の製造方法。
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の製造方法によって得られる層状リチウム複合酸化物。
(5)上記(4)に記載の層状リチウム複合酸化物を含む正極活物質。
(6)上記(5)に記載の正極活物質を含むリチウムイオン二次電池用正極。
(7)上記(6)に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、電解液とを有する、リチウムイオン二次電池。
本発明は、下記式(I)で表される層状リチウム複合酸化物の製造方法であって、リチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料を用いて前駆体を得る前駆体調製工程と、酸素濃度が5〜15体積%の雰囲気内において前記前駆体を焼成して、焼成体[1]を得る第1焼成工程と、前記第1焼成工程における酸素濃度よりも高い酸素濃度の雰囲気内において前記焼成体[1]を焼成して、焼成体[2]を得る第2焼成工程と、を備える、層状リチウム複合酸化物の製造方法である。
式(I):Li(1+x)M1 (1-x-p)M2 pO(2-a)
ただし、式(I)において、M1はMn、Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、M2はB、P、S、Pb、Sb、SiおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、0≦x≦0.5、0≦p≦1.0、0≦a≦1.0である。
このような層状リチウム複合酸化物の製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
そして、このような層状リチウム複合酸化物を用いると、体積当たりの放電容量が高く、常温よりも高い温度雰囲気内で使用したときのサイクル特性に優れ、さらにレート特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができることを、本発明者は見出した。
本発明の製造方法における前駆体調製工程について説明する。
前駆体調製工程では、リチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料を用意する。
M1を含む原料は、複数の種類の原料の集合であってもよい。例えば、M1を含む原料は、Mn化合物、Ni化合物およびCo化合物の集合であってもよい。
M2を含む原料は、M1を含む原料の場合と同様に、複数の種類の原料の集合であってもよい。
リチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料を含有させる溶媒は特に限定されず、例えば従来公知の溶媒、例えば水(純水等)、エタノール、アセトンなどを用いることができるが、水を用いることが好ましい。
また、これらの原料は、溶媒中の固形分濃度が好ましくは5〜40質量%、より好ましくは10〜35質量%、さらに好ましくは15〜25質量%となるように含有させる。
粉砕混合の方法は特に限定されないものの、ビーズミル等を用いた湿式微粉砕機を用いた湿式粉砕法が好ましい。
また、平均粒子径は0.10μm以上であることが好ましく、0.15μm以上であることがより好ましい。粉砕で粒径を小さくし過ぎると、以降の工程でのハンドリングが悪くなるからである。
本発明の製造方法における第1焼成工程について説明する。
第1焼成工程では、上記のような前駆体調製工程によって得られた前駆体を、酸素濃度が5〜15体積%の雰囲気内において焼成する。
このような酸素濃度の雰囲気内にて前駆体を焼成すると、平均一次粒子径は小さく、さらにタップ密度が大きい層状リチウム複合酸化物が得られることを、本発明者は見出した。
初めに、前駆体(例えばサヤ等の容器に詰めた前駆体)にSUS管を挿入し、そのSUS管内の気体を継時的に吸引することで、焼成中の前駆体の雰囲気の酸素濃度を測定できるように、SUS管へ酸素濃度計(例えば、東レエンジニアリング社製、OXYGEN ANALYZER、LC−750)を繋げる。ここで、SUS管の少なくとも一部を水に浸すことで、酸素濃度計にて酸素濃度を測定する気体の温度を室温程度にまで冷却する。そして、SUS管内の気体を100ml/minで吸引して酸素濃度を継時的に測定する。通常、焼成開始から徐々に酸素濃度は低下し、その後、ほぼ安定するが、その安定したときの酸素濃度を、前駆体を焼成する雰囲気の酸素濃度とする。酸素濃度が安定しない場合は、焼成時における平均の酸素濃度を、本発明における、前駆体を焼成する雰囲気の酸素濃度とする。
なお、この方法で空気中の酸素濃度を測定すると(すなわち、SUS管を前駆体に装入せずに空気中に放置して酸素濃度を測定すると)、酸素濃度計が示す酸素濃度は21体積%となる。
また、例えば、焼成炉内へ窒素やアルゴン等の不活性ガスを吹き込みながら前駆体を焼成する方法によっても、酸素濃度が5〜15体積%の雰囲気内において前記前駆体を焼成することができる。
焼成時間が長すぎると、結晶構造中から酸素が離脱したり、粒子間の焼結により酸素欠損したりする可能性があり、その場合、電池性能が低下する傾向があるからである。
本発明の製造方法における第2焼成工程について説明する。
第2焼成工程では、上記のような第1焼成工程によって得られた焼成体[1]を、第1焼成工程における酸素濃度よりも高い酸素濃度の雰囲気内において焼成する。
このような酸素濃度の雰囲気内にて焼成体[1]を焼成すると初期放電容量が高く、レート特性が高いリチウムイオン二次電池が製造することができる層状リチウム複合酸化物が得られることを、本発明者は見出した。
平均一次粒子径がより小さくなり、タップ密度がより大きい層状リチウム複合酸化物が得られるからである。焼成温度[2]が高すぎると、結晶構造中から酸素が離脱する可能性があり、その場合、電池性能が低下する可能性がある。
焼成時間が長すぎると、結晶構造中から酸素が離脱したり、粒子間の焼結により酸素欠損したりする可能性があり、その場合、電池性能が低下する傾向があるからである。
このような層状リチウム複合酸化物を、以下では「本発明の複合酸化物」ともいう。
本発明の複合酸化物について説明する。本発明の複合酸化物は層状リチウム複合酸化物である。
層状リチウム複合酸化物とは、α−NaFeO2型とも呼ばれる、酸化物イオンが六方晶構造をとり、立方最密充填となっていると考えられるものである。
また、層状リチウム複合酸化物には、LiCoO2やLiNiO2をベースとする固溶体化合物も含まれるものとする。この固溶体化合物には、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2等が含まれる。また、固溶体化合物として、γLi4/3M2/3O2・(1−γ)LiMO2(0<γ<1。Mは本発明の複合酸化物におけるM1およびM2からなる群から選ばれる少なくとも1つ。)の態様のものが含まれるとする。
また、層状リチウム複合酸化物における固溶体化合物以外は、空間群R−3mの結晶構造を備えると考えられる。
Liの置換量(x)が多くなると、電池の充放電容量は若干低下するものの、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。しかしながら、xが0.5より大きくなっても常温よりも高温でのサイクル特性は大きくは向上し難い傾向がある。また、Li総量(1+x)が1.0未満になると不純物となる異相が生成され、電池の充放電性能が低下する傾向がある。
なお、pは0となる場合がある。この場合、式(I)で表される層状リチウム複合酸化物はM2を含まない。すなわち、式(I)で表される層状リチウム複合酸化物は、Li(1+x)M1 (1-x)O(2-a)で表される組成となる場合もある。
一方、式(I)において0<1−x−pであるので、式(I)で表される層状リチウム複合酸化物はM1を必ず含む。
式(I)においてaは0≦a≦1.0を満たし、a=0であることが好ましい。
酸素欠損量が小さいと(すなわちaが小さいと)充放電試験における3.2V以下容量が小さくなる傾向がある。酸素欠損量が小さいと結晶構造が安定し、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。
本発明の複合酸化物のタップ密度は0.5〜5.0g/ccであることが好ましく、1.0〜3.0g/ccであることがより好ましく、2.0〜2.5g/ccであることがさらに好ましい。
本発明の複合酸化物は細孔容積が小さい。本発明の複合酸化物は細孔容積が小さく、緻密でため、タップ密度が大きくなるものと考えられる。
本発明の複合酸化物の細孔容積は0.01〜0.5cm3/gであることが好ましく、0.05〜0.31cm3/gであることがより好ましく、0.10〜0.25cm3/gであることがさらに好ましい。
測定は、最高圧力32273psi(細孔直径5.4nm)まで行い、解析に用いる水銀の表面張力はσ=473dynes/cm、接触角はθ=130°とする。そして、細孔径5.4〜2000nmまでの細孔容積(cm3/g)を測定する。
本発明の複合酸化物は、二次粒子を構成要素とするものであることが好ましく、二次粒子の集合体であることがより好ましい。
ここで、結晶子(単結晶部)の集合体であり、5000倍のSEM観察において視認できる最少の粒子単位を一次粒子、また一次粒子が焼結してなる、ハンドリングにおいて一粒の粒子として振る舞う粒子を二次粒子と定義する。
ここで一次粒子の平均粒子径とは、前述の一次粒子(結晶子の集合体)のメジアン径を意味するものとする。
また、一次粒子のメジアン径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、本発明の複合酸化物を倍率5000倍で写真撮影し、得られた写真から任意に500個を選び、ノギスを用いて各々の投影面積円相当径を測定して積算粒度分布(体積基準)を求め、それより平均粒子径(メジアン径)を算出して求める値とする。
ここで一次粒子の標準偏差は、前述の一次粒子のメジアン径の場合と同様に、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、本発明の複合酸化物を倍率5000倍で写真撮影し、得られた写真から任意に500個を選び、ノギスを用いて各々の投影面積円相当径を測定して粒度分布(体積基準)を求め、それより標準偏差を算出して求める値とする。
ここで二次粒子は、前述のように一次粒子が焼結してなるものである。
また、二次粒子の平均粒子径とは、二次粒子のメジアン径を意味するものとする。
初めに、室温大気中で、本発明の複合酸化物をヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に添加し、超音波分散し撹拌することで分散させてスラリーとする。次に、このスラリーを80〜90%の透過率となるように調節した後、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて積算粒度分布(体積基準)を測定する。このようにして測定した粒度分布から求めたメジアン径を、本発明の複合酸化物における二次粒子の平均粒子径とする。
本発明の複合酸化物はBET比表面積が0.1〜3.0m2/gのものであることが好ましく、0.2〜2.0m2/gのものであることがより好ましく、0.2〜1.0m2/gのものであることがさらに好ましい。
本発明において、単に「比表面積」と記した場合、「BET比表面積」を意味するものとする。
本発明の複合酸化物は特定の結晶構造を備えるものであることが好ましい。
具体的には、本発明の複合酸化物について粉末X線回折測定を行って得られるチャートから求められる、ミラー指数が(101)である結晶格子面におけるピーク強度に対する、ミラー指数が(012)である結晶格子面におけるピーク強度の比((012)/(101))が小さいことが好ましい。また、ミラー指数が(104)である結晶格子面におけるピーク強度に対する、ミラー指数が(003)である結晶格子面におけるピーク強度の比((003)/(104))が大きいことが好ましい。さらに、ピーク強度の比((012)/(101))が小さく、かつ、ピーク強度の比((003)/(104))が大きいことが好ましい。
また、ピーク強度の比((003)/(104))が1.00以上であることが好ましく、1.10以上であることがより好ましく、1.15以上であることがさらに好ましい。このピーク強度比((003)/(104))は2.00以下であってよい。
このようなピーク強度比を示す本発明の複合酸化物は、それを正極活物質として用いた場合に、体積当たりの放電容量がより高く、常温よりも高い温度雰囲気内で使用したときのサイクル特性により優れ、さらにレート特性により優れるリチウムイオン二次電池を得ることができることを、本発明者は見出した。
本発明の複合酸化物を正極活物質として用いてなる二次電池の初期放電容量は、151mAh/g以上、好ましくは152mAh/g以上、より好ましくは165mAh/g以上となり得る。
初めに、本発明の複合酸化物を85質量%、アセチレンブラックを7.5質量%、ポリフッ化ビニリデンを7.5質量%の割合で秤量し、ノルマルメチルピロリドンに分散させて合剤を得る。そして、得られた合剤を約0.1mmの厚さとなるようにAl箔上に塗布して、約110℃で真空乾燥した後、14mmφのポンチを用いて打ち抜き、正極を作製する。
次に、得られた正極を試験極とし、この試験極とリチウム金属箔(厚さ0.2μm)とをセパレーター(商品名:セルガード)を介してコイン型電池ケース内に積層して配置した後、体積比1:1のエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に1mol/LのLiPF6を溶解した電解液を注入して試験用コインセルを作成する。
次に、このようにして作成した試験用コインセルについて初期充放電容量を測定する。具体的には、充放電レートは0.2Cで行い、充電終止電圧を4.3V、電流密度を0.5mA/cm2とする定電流・定電圧充電(電圧が4.3Vになった後は、4.3Vの一定電圧にて充電する)を行い、放電終止電圧を3.0V、電流密度を0.5mA/cm2とする定電流放電を行った際の正極活物質単位質量あたりの初期充電容量(mAh/g)および初期放電容量(mAh/g)を測定する。なお、充電は、充電開始から10時間が経過した時、または電流が0.001Cになった時に終了とする。
本発明では、このようにして測定して得た値を、初期充放電容量とする。
本発明の複合酸化物を正極活物質として用いてなる二次電池の、常温よりも高い温度でのサイクル容量維持率は89.0%以上、好ましくは90.0%以上、より好ましくは91.0%以上となり得る。
初めに、上記のリチウムイオン二次電池の初期充放電容量(mAh/g)を測定する場合と同様の方法で試験用コインセルを作成する。
そして、試験用コインセルを60℃の恒温槽に設置し、上記の初期充放電容量の測定と同様に、充放電レートは0.2Cとし、充電終止電圧を4.3Vまで、放電終止電圧を3.0Vまでの電位規制の条件で0.5mA/cm2の定電流充電を100回行い、次式により、常温よりも高い温度でのサイクル容量維持率を求める。
サイクル容量維持率(%)=(100回目の放電容量/1回目の放電容量)×100
本発明の複合酸化物を正極活物質として用いてなる二次電池のレート容量維持率は80.0%以上、好ましくは81.0%以上、より好ましくは84.0%以上となり得る。
初めに、初期充放電容量を測定する場合と同様の方法で、試験用コインセルを作製する。
そして、上記の初期充放電容量の測定の場合は充放電レートを0.2Cとするが、放電時のレートのみを5Cとし、その他については上記の初期充放電容量の測定の場合と同一とした試験を行い、初期放電容量を測定する。
このような5Cにて定電流放電試験を行った得られた初期放電容量と、上記の初期充放電容量の測定を行い0.2Cにて定電流放電試験を行った場合の放電容量との比(百分率)をレート容量維持率として求める。
本発明の正極活物質について説明する。
本発明の正極活物質は、本発明の複合酸化物を用いた非水系電解質二次電池用正極活物質である。
本発明の正極活物質は、本発明の複合酸化物を80質量%以上含むことが好ましく、90質量%以上含むことがより好ましく、実質的に100質量%含む、すなわち本発明の複合酸化物から実質的になることがさらに好ましい。
本発明の正極は、本発明の正極活物質を用いてなるものであれば、例えば従来公知の正極と同様の態様であってよい。例えば、本発明の正極活物質に必要に応じて導電助剤、結着剤などを添加し混合したものからなる層を集電体上に形成してなるものが挙げられる。具体的には、本発明の正極活物質に導電助剤、結着剤およびN−メチルピロリドンなどの有機溶媒を混練してインク(スラリー)を調製し、このインクを集電体のアルミ箔に塗布し乾燥した後、ローラープレス機にかけることにより得ることができる。ローラープレス機にかけることによって、正極活物質と集電体との接触を良くすると共に正極活物質の密度を高めることができる。また、本発明の正極活物質に導電助剤および結着剤を充分混合したのち、ローラープレスでシート状に成形して正極を得ることができる。
ここで、導電助剤として、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など)やアセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などが挙げられる。
また、結着剤として、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などが挙げられる。
また、集電体についても限定されず、例えば従来公知のネット状、シート状、フィルム状のものを用いることができる。
本発明の二次電池について説明する。
本発明の二次電池は、正極として本発明の正極を用いること以外は、通常のリチウムイオン二次電池と同様の構成であってよく、円筒型、角型、コイン型、ボタン型などであってよい。すなわち、正極、負極および非水系電解質を主たる電池構成要素とし、これら要素が、例えば電池缶内に封入されている。正極および負極はそれぞれリチウムイオンの担持体として作用し、充電時には、リチウムイオンが負極中に吸蔵され、放電時には負極から離脱する。
負極は、負極活物質がリチウムやリチウム合金の場合は、そのまま用いるか、あるいは集電体に圧着することによって製造することができる。また、負極活物質がリチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素系材料(グラファイト、カーボンブラックなど)の場合は、必要に応じて正極の場合と同様の結着剤を負極活物質に添加して混合し、溶剤を用いてペースト状にし、得られた負極合剤含有ペーストを銅箔などからなる負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、必要に応じて加圧成形する工程を経ることによって製造することができる。
有機系電解質中のリチウム塩の濃度は0.1〜3.0mol/lが好ましく、0.2〜2.0mol/lがより好ましい。非水系電解質のイオン電導率が高くなり、非水系電解質中にリチウム塩が析出し難く、高性能な電池性能を備えるリチウム電池が得られるからである。
これらの中で、酸化還元安定性の観点などから、ポリビニリデンフルオライドやビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系樹脂を用いることが好ましい。
ポリマー電解質中の溶媒の割合は10〜90質量%が好ましく、30〜80質量%がより好ましい。このような割合であると、導電率が高く、機械的強度が強く、フィルム化しやすい。
また高分子固体電解質は、溶媒成分を含むゲル状であってもよい。
セパレータは特に限定されず、例えば従来公知のものを用いることができ、例えば織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜などが挙げられる。合成樹脂製微多孔膜が好適であるが、なかでもポリオレフィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗の面で好適である。具体的には、ポリエチレンおよびポリプロピレン製微多孔膜、またはこれらを複合した微多孔膜等である。
なお、非水系電解質として有機系電解質またはポリマー電解質を用いる場合、通常セパレータが使用されるが、固体電解質の場合、セパレータを使用せずに固体電解質をセパレータとしてもよい。
[リチウム複合酸化物の調製]
リチウム源として水酸化リチウム(LiOH・H2O)および炭酸リチウム(Li2CO3)、ニッケル源として水酸化ニッケル(Ni(OH)2)、コバルト源としてCo3O4、マンガン源として電解二酸化マンガン(γ−MnO2)を用意した。そして、それぞれの原料を、最終的に得られるリチウム複合酸化物の組成が、Li1.0Ni0.5Co0.2Mn0.3O2となるように秤量した。
得られた層状リチウム複合酸化物について、平均粒子径(メジアン径)を、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所:LA−950v2)を用いて求めた。具体的には室温大気中で、スラリーにヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を添加し、超音波分散および撹拌によって分散させ、30〜60%の透過率となるように調節した後、上記の装置を用いて屈折率2.2の条件で、積算粒度分布(体積基準)を測定して求めた。
その結果、平均粒子径は10.2μmであった。
得られた層状リチウム複合酸化物のタップ密度をかさ密度測定器(筒井理化学器機社製)を用いて測定した。具体的には、20mlのメスシリンダーに層状リチウム複合酸化物の粉末を10.0g充填し、所定の速度で300回振とうさせた後の体積を目盛りから読み取り、タップ密度を求めた。
その結果、層状リチウム複合酸化物のタップ密度は2.3g/ccであった。
得られた層状リチウム複合酸化物の細孔容積を、前述の水銀圧入法によって測定した。
その結果、層状リチウム複合酸化物の細孔容積は0.23cm3/gであった。
得られた層状リチウム複合酸化物について粉末X線回折測定を行い、ミラー指数が(012)、(101)、(003)および(104)である結晶格子面におけるピーク強度を測定した。粉末X線回折測定は試料水平型多目的X線回折装置(株式会社リガク製、X−RAY DIFFRACTMETER、RINT−Ultima)を使用し、測定にはCu−Kα線を用い、2θ=15〜80°の範囲で測定した。
そして、ミラー指数が(101)である結晶格子面におけるピーク強度に対する、ミラー指数が(012)である結晶格子面におけるピーク強度の比((012)/(101))を求めた。また、ミラー指数が(104)である結晶格子面におけるピーク強度に対する、ミラー指数が(003)である結晶格子面におけるピーク強度の比((003)/(104))を求めた。
各々を第1表に示す。
得られた層状リチウム複合酸化物について、SEMを用いて観察して拡大写真(5000倍)を得た。図1に示す。
層状リチウム複合酸化物を85質量%、アセチレンブラックを7.5質量%、ポリフッ化ビニリデンを7.5質量%の割合で秤量し、ノルマルメチルピロリドンに分散させて合剤を得た。そして、得られた合剤を約0.1mmの厚さとなるようにAl箔上に塗布して、約110℃で真空乾燥した後、14mmφのポンチを用いて打ち抜き、正極を作製した。
得られた正極を試験極とし、この試験極とリチウム金属箔(厚さ0.2μm)とをセパレーター(商品名:セルガード)を介してコイン型電池ケース内に積層して配置した後、体積比1:1のエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に1mol/LのLiPF6を溶解した電解液を注入して試験用コインセルを作成した。
このようにして作成した試験用コインセルについて初期充放電容量を測定した。具体的には、充放電レートは0.2Cで行い、充電終止電圧を4.3V、電流密度を0.5mA/cm2とする定電流・定電圧充電(電圧が4.3Vになった後は、4.3Vの一定電圧にて充電する)を行い、放電終止電圧を3.0V、電流密度を0.5mA/cm2とする定電流放電を行った際の正極活物質単位質量あたりの初期充電容量(mAh/g)および初期放電容量(mAh/g)を測定した。なお、充電は、充電開始から10時間が経過した時、または電流が0.001Cになった時に終了とした。
その結果を第1表に示す。
初期充放電容量を測定する場合と同様の方法で、試験用コインセルを作製した。
そして、上記の初期充放電容量の測定の場合は充放電レートを0.2Cとしたが、放電時のレートのみを5Cとし、その他については上記の初期充放電容量の測定の場合と同一とした試験を行い、放電容量を測定した。
このようにして得られた5Cにて定電流放電試験を行った場合の放電容量と、初期充放電容量を測定して得られた0.2Cにて定電流放電試験を行った場合の放電容量との比(百分率)をレート容量維持率として求めた。レート容量維持率は次式で表される。
レート容量維持率(%)=(5Cでの放電容量/0.2Cでの放電容量)×100
初期充放電容量を測定する場合と同様の方法で試験用コインセルを作製した。
そして、試験用コインセルを60℃の恒温槽に設置し、上記の初期充放電容量の測定と同様に、充放電レートは0.2Cとして、充電終止電圧を4.3Vまで、放電終止電圧を3.0Vまでの電位規制の条件で0.5mA/cm2の定電流充電を100回行い、次式により高温サイクル容量維持率を求めた。
高温サイクル容量維持率(%)=(100回目の放電容量/1回目の放電容量)×100
測定結果を第1表に示す。
実施例1と同様の原料(水酸化リチウム、炭酸リチウム、水酸化ニッケル、Co3O4、電解二酸化マンガン)を用意し、それぞれの原料を、最終的に得られるリチウム複合酸化物の組成が、Li1.10Ni0.30Co0.30Mn0.30O2となるように秤量した。
以降の操作は実施例1と同様とした。すなわち、秤量した原料を湿式粉砕し、スラリーを得た後、このスラリーを噴霧乾燥して前駆体を得て、この前駆体をほぼ密閉された容器に入れて、実施例1と同条件にて焼成することで、目標組成の層状リチウム複合酸化物を得た。なお、前駆体を焼成する雰囲気の酸素濃度を測定したところ、実施例1と同様に、前駆体を焼成する際の酸素濃度は11体積%、焼成体[1]を焼成する際の酸素濃度は21%であった。
その結果、層状リチウム複合酸化物の細孔容積は0.24cm3/gであった。
各々を第1表に示す。
測定結果を第1表に示す。
実施例1と同様の方法で前駆体を得た。
そして、得られた前駆体を密閉されていない容器に入れ、この容器を開放系の焼成炉内に置き、200℃/hで950℃まで昇温し、950℃で2時間、空気中にて焼成した後、室内にて放冷することで室温まで冷却した。そして、得られた焼成粉末をメノウ乳鉢で解砕した。その後、再度、同様に開放系の焼成炉内にて950℃で4時間焼成し、室内にて放冷することで室温まで冷却して、目標組成の層状リチウム複合酸化物を得た。なお、前駆体および前駆体を焼成して得た焼成粉末を焼成する雰囲気の酸素濃度を測定したところ、いずれの焼成においても、酸素濃度は21体積%であった。
その結果、層状リチウム複合酸化物の細孔容積は0.32cm3/gであった。
なお、500nm付近に一次粒子間の空隙に由来した細孔の存在を確認した。
各々を第1表に示す。
測定結果を第1表に示す。
実施例2と同様の方法で前駆体を得た。
そして、比較例1と同様に、得られた前駆体を密閉されていない容器に入れ、この容器を開放系の焼成炉内に置き、比較例1と同様の条件で焼成し、解砕し、再度焼成して、目標組成の層状リチウム複合酸化物を得た。なお、前駆体および前駆体を焼成して得た焼成粉末を焼成する雰囲気の酸素濃度を測定したところ、いずれの焼成においても、酸素濃度は21体積%であった。
その結果、層状リチウム複合酸化物の細孔容積は0.33cm3/gであった。
なお、500nm付近に一次粒子間の空隙に由来した細孔の存在を確認した。
各々を第1表に示す。
測定結果を第1表に示す。
実施例1と同様の方法で前駆体を得た。
次に、得られた前駆体を密閉されていない容器に入れ、この容器を焼成炉内に置いた。そして、焼成炉内へ窒素を吹き込みながら、200℃/hで950℃まで昇温し、950℃で2時間、焼成した後、室内にて放冷することで室温まで冷却した。そして、得られた焼成粉末をメノウ乳鉢で解砕した。その後、再度、解砕後の焼成粉末を焼成炉内へ置き、焼成炉内へ窒素を吹き込みながら950℃で4時間焼成し、室内にて放冷することで室温まで冷却して、目標組成の層状リチウム複合酸化物を得た。なお、前駆体および前駆体を焼成して得た焼成粉末を焼成する雰囲気の酸素濃度を測定したところ、いずれの焼成においても、酸素濃度は11体積%であった。
その結果、層状リチウム複合酸化物の細孔容積は0.24cm3/gであった。
各々を第1表に示す。
測定結果を第1表に示す。
Claims (7)
- 下記式(I)で表される層状リチウム複合酸化物の製造方法であって、
リチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料を用いて前駆体を得る前駆体調製工程と、
酸素濃度が5〜15体積%の雰囲気内において前記前駆体を焼成して、焼成体[1]を得る第1焼成工程と、
前記第1焼成工程における酸素濃度よりも高い酸素濃度の雰囲気内において前記焼成体[1]を焼成して、焼成体[2]を得る第2焼成工程と、
を備える、層状リチウム複合酸化物の製造方法。
式(I):Li(1+x)M1 (1-x-p)M2 pO(2-a)
ただし、式(I)において、M1はMn、Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、M2はB、P、S、Pb、Sb、SiおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、0≦x≦0.5、0≦p≦1.0、0≦a≦1.0である。 - 前記第1焼成工程において前記前駆体を焼成する温度と、前記第2焼成工程において前記焼成体[1]を焼成する温度とが、共に850℃超1000℃未満である、請求項1に記載の層状リチウム複合酸化物の製造方法。
- 前記前駆体調製工程が、リチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥して前記前駆体を得る工程である、請求項1または2に記載の層状リチウム複合酸化物の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法によって得られる層状リチウム複合酸化物。
- 請求項4に記載の層状リチウム複合酸化物を含む正極活物質。
- 請求項5に記載の正極活物質を含むリチウムイオン二次電池用正極。
- 請求項6に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、電解液とを有する、リチウムイオン二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013037299A JP6043213B2 (ja) | 2013-02-27 | 2013-02-27 | 層状リチウム複合酸化物およびその製造方法、その層状リチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013037299A JP6043213B2 (ja) | 2013-02-27 | 2013-02-27 | 層状リチウム複合酸化物およびその製造方法、その層状リチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014162700A true JP2014162700A (ja) | 2014-09-08 |
JP2014162700A5 JP2014162700A5 (ja) | 2015-10-29 |
JP6043213B2 JP6043213B2 (ja) | 2016-12-14 |
Family
ID=51613640
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013037299A Active JP6043213B2 (ja) | 2013-02-27 | 2013-02-27 | 層状リチウム複合酸化物およびその製造方法、その層状リチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6043213B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017017042A (ja) * | 2016-10-19 | 2017-01-19 | Jx金属株式会社 | リチウムイオン二次電池、及びリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法 |
JPWO2017061633A1 (ja) * | 2015-10-09 | 2018-07-26 | 住友金属鉱山株式会社 | リチウムニッケル含有複合酸化物とその製造方法、および非水系電解質二次電池 |
CN111244436A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-06-05 | 上海华谊(集团)公司 | 锂镍钴铝氧化物、其制备方法和用途 |
CN112186171A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 西北工业大学 | 锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体的预氧化方法及应用 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09293506A (ja) * | 1996-04-25 | 1997-11-11 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 非水電解液二次電池用正極活物質の製造方法 |
JPH1092429A (ja) * | 1996-09-13 | 1998-04-10 | Toshiba Corp | 非水溶媒二次電池の製造方法及び非水溶媒二次電池 |
JP2002279990A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-09-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法 |
JP2005025975A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | リチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物及びそれを用いたリチウム二次電池用正極、並びにリチウム二次電池 |
JP2007257985A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 非水系電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法とそれを用いた非水系電解質二次電池 |
JP2010260733A (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Murata Mfg Co Ltd | マンガン含有リチウム遷移金属複合酸化物およびその製造方法 |
-
2013
- 2013-02-27 JP JP2013037299A patent/JP6043213B2/ja active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09293506A (ja) * | 1996-04-25 | 1997-11-11 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 非水電解液二次電池用正極活物質の製造方法 |
JPH1092429A (ja) * | 1996-09-13 | 1998-04-10 | Toshiba Corp | 非水溶媒二次電池の製造方法及び非水溶媒二次電池 |
JP2002279990A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-09-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法 |
JP2005025975A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | リチウム二次電池正極材料用リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物及びそれを用いたリチウム二次電池用正極、並びにリチウム二次電池 |
JP2007257985A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 非水系電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法とそれを用いた非水系電解質二次電池 |
JP2010260733A (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Murata Mfg Co Ltd | マンガン含有リチウム遷移金属複合酸化物およびその製造方法 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2017061633A1 (ja) * | 2015-10-09 | 2018-07-26 | 住友金属鉱山株式会社 | リチウムニッケル含有複合酸化物とその製造方法、および非水系電解質二次電池 |
JP7140321B2 (ja) | 2015-10-09 | 2022-09-21 | 住友金属鉱山株式会社 | リチウムニッケル含有複合酸化物とその製造方法、および非水系電解質二次電池 |
JP7349109B2 (ja) | 2015-10-09 | 2023-09-22 | 住友金属鉱山株式会社 | リチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法 |
JP2017017042A (ja) * | 2016-10-19 | 2017-01-19 | Jx金属株式会社 | リチウムイオン二次電池、及びリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法 |
CN112186171A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 西北工业大学 | 锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体的预氧化方法及应用 |
CN111244436A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-06-05 | 上海华谊(集团)公司 | 锂镍钴铝氧化物、其制备方法和用途 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6043213B2 (ja) | 2016-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2014077277A1 (ja) | リチウム複合酸化物およびその製造方法、そのリチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 | |
JP4613943B2 (ja) | リチウム遷移金属系化合物粉体、その製造方法、及びその焼成前躯体となる噴霧乾燥体、並びにそれを用いたリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 | |
JP5257272B2 (ja) | リチウム二次電池用正極材料およびそれを用いた二次電池ならびにリチウム二次電池用正極材料の製造方法 | |
JP5435810B2 (ja) | リチウムニッケルマンガン複合酸化物およびそれを含む二次電池用正極活物質ならびにそれらの製造方法 | |
JP5266861B2 (ja) | リチウム二次電池用正極活物質の製造方法 | |
JP6287771B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水系電解質二次電池 | |
JP2009117261A (ja) | リチウム二次電池用正極活物質材料並びにそれを用いた正極及びリチウム二次電池 | |
JP2017226576A (ja) | リチウムニッケル含有複合酸化物および非水系電解質二次電池 | |
JPWO2012169331A1 (ja) | チタン酸リチウム一次粒子、チタン酸リチウム凝集体及びこれらを用いたリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ | |
JP2008243447A (ja) | リチウム遷移金属複合酸化物、その製造方法、および、それを用いたリチウム二次電池用正極、ならびに、それを用いたリチウム二次電池 | |
JP2014118335A (ja) | リチウム複合酸化物およびその製造方法、そのリチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 | |
JP4655453B2 (ja) | リチウム二次電池用正極材料およびそれを用いた二次電池ならびにリチウム二次電池用正極材料の製造方法 | |
JP6043213B2 (ja) | 層状リチウム複合酸化物およびその製造方法、その層状リチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 | |
JP6022326B2 (ja) | リチウム複合酸化物およびその製造方法、ならびにそのリチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、およびそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 | |
JP4329434B2 (ja) | リチウム二次電池用正極及びそれを用いたリチウム二次電池 | |
JP2005123180A (ja) | リチウム二次電池正極材用リチウム複合酸化物粒子及びその製造方法、並びにそれを用いたリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 | |
JP2008056561A (ja) | リチウムニッケルマンガン複合酸化物、並びにこれを用いたリチウム二次電池用正極材料、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 | |
JP2006196293A (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質および非水系電解質二次電池 | |
JP2005276502A (ja) | リチウム二次電池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化物粉体及びその製造方法、その前駆体及びその製造方法、それを用いたリチウム二次電池正極、並びにリチウム二次電池 | |
JP5872279B2 (ja) | スピネル型リチウム・マンガン複合酸化物 | |
Zhang et al. | Solution combustion synthesis and enhanced electrochemical performance Li1. 2Ni0. 2Mn0. 6O2 nanoparticles by controlling NO3–/CH3COO–ratio of the precursors | |
JP2014044897A (ja) | リチウム複合酸化物およびその製造方法、そのリチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池 | |
JP2012116746A (ja) | スピネル型リチウム・マンガン複合酸化物 | |
JP6037679B2 (ja) | リチウム複合酸化物の製造方法 | |
WO2020262264A1 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極活物質とその製造方法、及び、リチウムイオン二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150907 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150907 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20160531 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20160606 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160725 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160830 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161013 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20161013 |
|
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: 20161101 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161111 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6043213 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 |