JP2014523383A - リチウムコバルト酸化物材料 - Google Patents
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Abstract
Description
Co(OH)2粒子は塩化コバルト溶液(80g/l)、水酸化アンモニウム溶液(220g/l)および水酸化ナトリウム溶液(220g/l)を供給することによって150リットルの反応器中で沈殿された。水酸化ナトリウム溶液および水酸化アンモニウム溶液の供給速度は、溶液から全てのコバルトイオンが沈殿するように、10.0−12.5のレベルのpHを保つように制御された。水酸化ナトリウムと水酸化アンモニウムとの間の供給速度の比は2−4の範囲であった。温度は40℃で一定に保たれた。反応器中での攪拌は制御された(80rpm)。沈殿した粒子はオーバーフローにより連続して集められた。沈殿した粒子は濾過され、熱イオン交換水で洗浄され、空気中110℃で乾燥された。
Co3O4粒子は実施例1に記載される方法で調製されたが、本質的に八面体形状の粒子を含む形成されたCo(OH)2粒子は空気中700℃で2時間さらに焼成された。この実施例は、本質的に八面体形状の粒子を含むCo(OH)2粒子のモルフォロジーおよび物理的性質が、焼成プロセスによって形成されるCo3O4粒子のモルフォロジーおよび物理的性質に強く影響し得ることを示す。
Co3O4粒子は実施例1に記載される方法で調製されたが、本質的に八面体形状の粒子を含む形成されたCo(OH)2粒子は空気中900℃で2時間さらに焼成された。この実施例は、焼成プロセスによって形成されたCo3O4粒子のモルフォロジーおよび物理的性質が、プロセス条件によって変更され得ることを示す。
実施例1に示される方法により調製されたCo(OH)2粒子は、Li/Coモル比1.00でLi2CO3粒子と十分に混合された。得られた混合物はさらに、空気中1000℃で5時間焼成された。この焼成プロセスは、リチオ化プロセスと呼ばれる。この実施例は、本質的に八面体形状の粒子を含むCo(OH)2粒子のモルフォロジーおよび物理的性質が、リチオ化プロセスによって形成されるLiCoO2粒子のモルフォロジーおよび物理的性質に強く影響し得ることを示す。
実施例1に示される方法により調製されたCo(OH)2粒子は、Li/Coモル比1.04でLi2CO3粒子と十分に混合された。得られた混合物はさらに、空気中1050℃で5時間焼成された。この実施例は、リチオ化プロセスによって形成されるLiCoO2粒子のモルフォロジーおよび物理的性質が製造条件によって変更され得るが、形成された粒子はカソード材料として同様に良好な特性を有することを示す。
実施例2に示される方法により調製されたCo3O4粒子は、Li/Coモル比1.00でLi2CO3粒子と十分に混合された。得られた混合物はさらに、空気中1000℃で5時間焼成された。この実施例は、リチオ化プロセスによって形成されるLiCoO2粒子のモルフォロジーおよび物理的性質が製造条件によって変更され得るが、形成された粒子はカソード材料として同様に良好な特性を有することを示す。
実施例3に示される方法により調製されたCo3O4粒子は、Li/Coモル比0.98でLi2CO3粒子と十分に混合された。得られた混合物はさらに、空気中1000℃で5時間焼成された。この実施例は、リチオ化プロセスによって形成されるLiCoO2粒子のモルフォロジーおよび物理的性質が製造条件によって変更され得るが、カソード材料として同様に良好な特性を有することを示す。
ドープされたLiCoO2粒子は実施例4に示される方法によって調製されたが、0.2mol−%のドーパント(Mg、Al、Ti、Zr、B、Al+Ti、Mg+Al、Al+Zr、F、Ca、Sr)が、Li2CO3との混合の前に、Co(OH)2粒子と十分混合された。ドーパントは、LiFとしてのF、および水酸化物としてのCaおよびSrを除いて、酸化物として添加された。この実施例は、本質的に八面体形状の粒子を含むLiCoO2粒子のモルフォロジーおよび物理的性質が、たとえドーパントが添加されたとしても、本質的に変わらないことを示す。
Co(OH)2粒子は、硫酸コバルト溶液(80g/l)、水酸化アンモニウム溶液(220g/l)、および水酸化ナトリウム溶液(220g/l)をその内部に導入することによって、150リットル反応器内で調製された。水酸化ナトリウム溶液および水酸化アンモニウム溶液の供給速度は、溶液から全てのコバルトイオンを沈殿するようにpHを10.0−12.5のレベルに保持するために制御された。水酸化ナトリウムと水酸化アンモニウムとの間の供給速度の比は3−5の範囲であった。温度は、65℃で一定に保たれた。反応器内での混合は制御された(240rpm)。沈殿された粒子はオーバーフローとして連続して収集された。沈殿された粒子は濾過され、熱いイオン交換水で洗浄され、かつ空気中110℃で乾燥された。この比較例は、Co(OH)2粒子がその分野で典型的な粒子としてみなされ得ることを示す。
Co3O4粒子は比較例1に示された方法によって調製されたが、形成されたCo(OH)2粒子は空気中2時間900℃でさらに焼成された。この比較例は、Co3O4粒子がその分野で典型的な粒子としてみなされ得ることを示す。
比較例1に示される方法により調製されたCo(OH)2粒子は、Li/Coモル比1.00でLi2CO3粒子と十分に混合された。得られた混合物はさらに、空気中1000℃で5時間焼成された。この比較例は、実施例4と同じLi/Co比および同じ温度を用いたが、八面体形状の粒子を持たないCo(OH)2粒子から調製されたLiCoO2粒子を示す。
比較例2に示される方法により調製されたCo3O4粒子は、Li/Coモル比1.00でLi2CO3粒子と十分に混合された。得られた混合物はさらに、空気中1000℃で5時間焼成された。この比較例は、実施例4と同じLi/Co比および同じ温度を用いるが、ただし八面体形状の粒子を持たないCo3O4粒子から調製されたLiCoO2粒子を示す。
比較例2に示される方法により調製されたCo3O4粒子は、ジェットミルによって粉砕され1.4μmというD50が得られた。粉砕されたCo3O4粒子はLi/Coモル比1.05でLi2CO3粒子と十分に混合された。得られた混合物はさらに、空気中1000℃で5時間焼成された。この比較例は、LiCoO2粒子が過剰量のLiおよび粒子径が小さいCo3O4を利用して成長する方法によって調製されたLiCoO2粒子を示す。
ドープされたLiCoO2粒子は比較例4に示される方法によって調製されたが、0.2mol−%のドーパント(Mg、Al、Ti、Zr、B、Al+Ti)が、Li2CO3との混合の前に、Co3O4粒子と十分混合された。ドーパントは、酸化物として添加された。この例は、本質的に八面体形状の粒子を含まないLiCoO2粒子の物理的性質が、ドーパントが添加されたとき、低下することを示す。
前述の開示に基づき、Co(OH)2粒子、Co3O4粒子、およびLiCoO2粒子およびここで記載されるようなそのような粒子の調製が上述の実施形態を実施することであるのは明白である。したがって、請求項に記載される発明の範囲内にあることが明らかである様々な変形された実施形態およびその結果の特定の成分要素の選択は、ここに開示され、記述される発明の精神から逸脱することなく決定され得ることが理解される。
Claims (18)
- 本質的に八面体形状の粒子を含むCo(OH)2粒子、または本質的に八面体形状の粒子を含むCo(OH)2から得られるCo3O4粒子、または本質的に八面体形状の粒子を含むCo3O4粒子、およびリチウム塩が加熱される工程によって得られるLiCoO2粒子を含むことを特徴とするLiCoO2材料。
- LiCoO2粒子が本質的に八面体形状の粒子を含む、請求項1に記載のLiCoO2材料。
- LiCoO2粒子の平均粒子径D50が3−30μmの範囲である、請求項1に記載のLiCoO2材料。
- LiCoO2粒子のタップ密度が1.9−3.3g/cm3の範囲である、請求項1に記載のLiCoO2材料。
- LiCoO2粒子の表面積が0.1−0.6m2/gの範囲である、請求項1に記載のLiCoO2材料。
- LiCoO2粒子がMg、Ca、Sr、Ti、Zr、B、Al、およびFからなる群から選択される1つ以上のドーパントを含む、請求項1に記載のLiCoO2材料。
- 本質的に八面体形状の粒子を含むCo(OH)2粒子、または本質的に八面体形状の粒子を含むCo(OH)2粒子から得られるCo3O4粒子、または本質的に八面体形状の粒子を含むCo3O4粒子およびリチウム塩が加熱されることを特徴とする、LiCoO2材料の調製方法。
- 本質的に八面体形状の粒子を含むCo(OH)2粒子が本質的に八面体形状の粒子を含むCo3O4粒子に変換され、Co3O4粒子およびリチウム塩が加熱される、請求項7に記載の方法。
- Co(OH)2粒子が本質的に八面体形状の粒子を含むことを特徴とする、Co(OH)2粒子。
- Co(OH)2粒子の平均粒子径D50が3−40μmの範囲である、請求項9に記載のCo(OH)2粒子。
- Co(OH)2粒子のタップ密度が1.7−2.8g/cm3の範囲である、請求項9に記載のCo(OH)2粒子。
- Co(OH)2粒子の表面積が0.4−5m2/gの範囲である、請求項9に記載のCo(OH)2粒子。
- 本質的に八面体形状の粒子を含む、または本質的に八面体形状の粒子を含むCo(OH)2粒子から得られる粒子を含むことを特徴とするCo3O4粒子。
- Co3O4粒子の平均粒子径D50が3−30μmの範囲である、請求項13に記載のCo3O4粒子。
- Co3O4粒子のタップ密度が1.8−3.0g/cm3の範囲である、請求項13に記載のCo3O4粒子。
- Co3O4粒子の表面積が0.2−20m2/gの範囲である、請求項13に記載のCo3O4粒子。
- Co3O4粒子が、本質的に八面体形状の粒子を含むCo(OH)2粒子から調製される、請求項13に記載のCo3O4粒子。
- Liイオン電池における請求項1に記載のLiCoO2材料の使用。
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