JP2015037069A - Lithium nickel cobalt positive electrode material powder - Google Patents

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茂煌 劉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide lithium nickel cobalt positive electrode material powder.SOLUTION: Lithium nickel cobalt positive electrode material powder comprises powder granules. The powder granules consist of nano particles. The powder granules each include a lithium nickel cobalt oxide, of which the chemical composition is given by: LiNiCoO. The average chemical composition of the powder granules satisfies the following conditions: 0.9≤a≤1.2; and 0.1≤b≤0.5. The nano particles located in the surface of each powder granule to its core have structures differing from each other in chemical composition. With the aid of the high cobalt content of the nano particles located in the surface of each granule of the lithium nickel cobalt manganese positive electrode material powder of the present invention, and the high nickel content of the nano particles in the core of the powder granule, the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention is allowed to have both the advantages of a high level of safety and a high electrostatic capacitance.

Description

本発明は一種のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体に係り、さらに具体的には、粉体顆粒表面のナノ粒子から粉体顆粒コアのナノ粒子までが異なる化学成分の組成比を有するリチウムニッケルコバルト酸化物に関する。   The present invention relates to a kind of lithium nickel cobalt cathode material powder, more specifically, lithium nickel cobalt oxide having different chemical composition ratios from nanoparticles on the powder granule surface to nanoparticles on the powder granule core. Related to things.

現在の3Cテクノロジーの勃興発展と環境保護意識の台頭により、電気自動車は日増しに重要になっている。しかし、どのようなバッテリー応用システムであろうと、その主要な目標は、高いエネルギー密度を有するリチウムイオン電池の追求であり、その体積エネルギー密度要求は、すでに400Wh/Lより大きくなっているが、現在リチウムコバルト正極材料システムのリチウム電池体積エネルギー密度は、320〜350Wh/Lしかなく、且つ、すでに性能アップの余地はなくなっており、ついに、エネルギー密度が高く、製造コストが比較的低く、且つ毒性がないリチウムニッケル正極材料が、リチウムコバルト正極材料に代わり研究されるようになった。しかし、その熱安定性と構造安定性は良くなく、このため安全性が不良となり、リチウム電池への運用が非常に難しい。リチウム電池の正極材料は、電池性能に影響を与えるのみならず、電池の安全性を決定する重要な因子である。このため、良好なリチウム電池正極材料は、静電容量が高くなければならないほか、最も重要であるのは、材料の熱安定性が良好であって、すなわち材料の安定性が良好であることで、それでこそ正極材料に応用され得る。リチウムニッケル正極材料の問題を改善するため、ある学者は、構造が比較的安定しているコバルトイオンをリチウムニッケル酸化物中にドープして、一部のニッケルイオンを置換し、リチウムニッケルコバルト正極材料を合成し、これにより、リチウムニッケル正極材料の構造安定性と熱安定性を改善し、且つ材料中にドープするコバルトの含有率が高くなるほど、材料の安全性が良好となるが、ただし、静電容量は却って下がり、もともと追求していた高エネルギー密度を具えたリチウムイオン電池の目標を失ってしまう。   With the rise of 3C technology and the rise of environmental protection awareness, electric vehicles are becoming more and more important every day. However, the main goal of any battery application system is the pursuit of a lithium ion battery having a high energy density, and its volumetric energy density requirement is already larger than 400 Wh / L. The lithium battery volume energy density of the lithium cobalt positive electrode material system is only 320 to 350 Wh / L, and there is no room for performance improvement. Finally, the energy density is high, the manufacturing cost is relatively low, and the toxicity is high. No lithium nickel cathode material has been studied instead of lithium cobalt cathode material. However, its thermal stability and structural stability are not good, which makes the safety unsatisfactory and very difficult to operate on lithium batteries. The positive electrode material of a lithium battery not only affects battery performance, but is an important factor that determines battery safety. For this reason, a good lithium battery positive electrode material must have a high capacitance, and most importantly, the material has good thermal stability, that is, good material stability. Therefore, it can be applied to positive electrode materials. In order to improve the problem of lithium nickel positive electrode material, some scholars dope some lithium ions into the lithium nickel oxide by doping relatively stable structural cobalt ions into the lithium nickel cobalt positive electrode material. This improves the structural stability and thermal stability of the lithium nickel positive electrode material, and the higher the cobalt content in the material, the better the safety of the material. The capacity will decline, and the goal of the lithium ion battery with the high energy density originally pursued will be lost.

現在、全世界で大量に商品化されたリチウムニッケルコバルト正極材料が未だない原因の、主要な鍵は、安全性の問題が未だ解決されていないことであり、この問題を解決するために、研究単位或いは材料メーカーは、他種の金属イオンをリチウムニッケルコバルト正極材料の構造中に植え込むことで、材料構造の安定度を増すことを選択できるが、静電容量は材料内の電気抵抗の高まりにより、明らかに低くなる。   The main key to the current lack of commercialized lithium nickel cobalt cathode materials in large quantities worldwide is that the safety issue has not been solved, and research has been conducted to solve this problem. Unit or material manufacturers can choose to increase the stability of the material structure by implanting other types of metal ions into the structure of the lithium nickel cobalt cathode material, but the capacitance is due to the increased electrical resistance in the material. Obviously lower.

近年、ある学者は、リチウムニッケルコバルト正極材料の表面を、一層のナノレベルの保護層で修飾し、材料と電解液が反応を発生して構造崩壊を形成するのを防止したが、このような方法は、材料の放熱量を減らせるものの、放熱温度を高めることができず、且つ材料の大量製造及び成層技術は比較的操作が容易でない。   In recent years, one scholar has modified the surface of a lithium nickel cobalt cathode material with a single nano-level protective layer to prevent the material and electrolyte from reacting to form a structural collapse. Although the method can reduce the heat dissipation amount of the material, the heat dissipation temperature cannot be increased, and the mass production of the material and the stratification technique are relatively difficult to operate.

現在、ある学者は、リチウムニッケルコバルト酸化物を正極材料のコアとし、さらに材料表面を一層の、熱安定性を有する正極材料、たとえば、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物或いはリチウムニッケルマンガン酸化物で被覆して保護シェル層となし、保護シェル層の厚さは約1〜2μmとし、コア−シェル構造の複合正極材料を形成し、このような構造は、有効に材料の安全性をアップできるが、材料内部の界面抵抗が増加し、材料の大電流放電での性能が下がり、且つこのような構造の材料は、大量製造上の合成品質を掌握しにくい。   At present, some scholars use lithium nickel cobalt oxide as the core of the positive electrode material, and further coat the surface of the material with a single layer of heat-stable positive electrode material such as lithium nickel cobalt manganese oxide or lithium nickel manganese oxide. The protective shell layer has a thickness of about 1 to 2 μm to form a composite cathode material having a core-shell structure. Such a structure can effectively increase the safety of the material. The internal interfacial resistance increases, the material's performance at high current discharge decreases, and the material of such a structure is difficult to grasp the synthetic quality in mass production.

本発明の主要な目的は、一種のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体を提供することにあり、それは、複数の粉体顆粒を包含し、各粉体顆粒は複数のナノ粒子で構成され、各粉体顆粒は、リチウムニッケルコバルト酸化物を包含し、その平均化学組成は、LiaNi1-bCob2と表示され、そのうち、0.9≦a≦1.2、0.1≦b≦0.5の条件を満たし、且つ該粉体顆粒表面のナノ粒子から該粉体顆粒のコアのナノ粒子までは、異なる組成比を有する。 The main object of the present invention is to provide a kind of lithium nickel cobalt cathode material powder, which includes a plurality of powder granules, each powder granule being composed of a plurality of nanoparticles, The body granule includes lithium nickel cobalt oxide, and its average chemical composition is expressed as Li a Ni 1-b Co b O 2 , of which 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0.1 ≦ b The composition satisfying the condition of ≦ 0.5 and the nanoparticles on the surface of the powder granule to the core nanoparticles of the powder granule have different composition ratios.

本発明は、一種のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体を提供し、それは、複数の粉体顆粒を包含し、各粉体顆粒は複数のナノ粒子で構成され、各粉体顆粒は、リチウムニッケルコバルト酸化物を包含し、その平均化学組成は、LiaNi1-bCob2と表示され、そのうち、0.9≦a≦1.2、0.1≦b≦0.5の条件を満たし、且つ該粉体顆粒表面のナノ粒子から該粉体顆粒のコアのナノ粒子までは、異なる組成比の構造を有する。 The present invention provides a kind of lithium nickel cobalt cathode material powder, which includes a plurality of powder granules, each powder granule is composed of a plurality of nanoparticles, and each powder granule is lithium nickel cobalt Including oxides, the average chemical composition is expressed as Li a Ni 1-b Co b O 2 , of which 0.9 ≦ a ≦ 1.2 and 0.1 ≦ b ≦ 0.5 Filling and from the nanoparticles on the surface of the powder granules to the core nanoparticles of the powder granules have different composition ratio structures.

上述のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体の、異なる組成比の構造は、Li含有率が粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて均一に分布し、Ni含有率は、粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて増加し、Co含有率は粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて減少する。   The structure of the above-described lithium nickel cobalt positive electrode material powder having different composition ratios is such that the Li content is uniformly distributed from the nanoparticles on the powder granule surface toward the nanoparticles on the powder granule core, and the Ni content is The nanoparticles on the surface of the powder granule increase toward the nanoparticle on the powder granule core, and the Co content decreases from the nanoparticle on the surface of the powder granule toward the nanoparticle on the powder granule core.

上述のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体表面のナノ粒子の化学組成は、LixNi1-yCoy2と表示され、そのうち、0.9≦x≦1.2、0.15≦y≦1.0の条件を満たし、且つ該粉体顆粒コアのナノ粒子の化学組成は、Lix'Ni1-y'Coy'2と表示され、そのうち、0.9≦x’≦1.2、0≦y’≦0.3の条件を満たし、且つx=x’且つy>y’である。 The chemical composition of the nanoparticles on the surface of the above-described lithium nickel cobalt positive electrode material powder is expressed as Li x Ni 1-y Co y O 2 , of which 0.9 ≦ x ≦ 1.2 and 0.15 ≦ y ≦. 1.0, and the chemical composition of the nanoparticles of the powder granule core is expressed as Li x ′ Ni 1-y ′ Co y ′ O 2 , of which 0.9 ≦ x ′ ≦ 1. 2, 0 ≦ y ′ ≦ 0.3 is satisfied, and x = x ′ and y> y ′.

上述のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、そのうちこれらナノ粒子の粒径は、30〜700nmの範囲内である。粉体顆粒の平均粒径(D50)は、0.5〜25μmの範囲内にある。このほか、粉体顆粒は、R−3m菱面体であり、粉体の振実密度は、少なくとも1.5g/cm3より大きく、比表面積は、0.1〜20m2/gの範囲内にある。 Among the above-mentioned lithium nickel cobalt positive electrode material powder, the particle size of these nanoparticles is in the range of 30 to 700 nm. The average particle diameter (D 50 ) of the powder granules is in the range of 0.5 to 25 μm. In addition, the powder granule is an R-3m rhombohedron, the powder density is at least greater than 1.5 g / cm 3 , and the specific surface area is in the range of 0.1 to 20 m 2 / g. is there.

これにより、本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料は、異なる組成比のナノ粒子で構成され、粉体顆粒表面のナノ粒子のCo含有率は比較的高く、粉体顆粒外層ナノ粒子が高い熱安定性に偏向する形態とされ、粉体顆粒コアナノ粒子のNi含有率は比較的高く、これにより高静電容量形態であり、ゆえに、本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は十分に、高い安定性と高い静電容量の長所を同時に有し得て、これにより、高い安全性と高いエネルギー密度を共に具備する目的を達成し、リチウム電池の正極材料に適合する。   As a result, the lithium nickel cobalt cathode material of the present invention is composed of nanoparticles with different composition ratios, the Co content of the nanoparticles on the surface of the powder granules is relatively high, and the powder granule outer layer nanoparticles have a high thermal stability. The Ni content of the powder granule core nanoparticles is relatively high, and thus has a high capacitance form. Therefore, the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention has a sufficiently high stability. Can have the advantages of high capacitance at the same time, thereby achieving the purpose of having both high safety and high energy density, and suitable for the positive electrode material of lithium battery.

本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体顆粒の構造表示図である。It is a structure display figure of the lithium nickel cobalt positive electrode material powder granule of this invention. 本発明の実施例のDC−LiNi0.72Co0.282正極材料の元素定量分析結果を示す図である。It is a diagram showing the elemental quantitative analysis of DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material of Example of the present invention. 本発明の実施例と比較例の、小電流充放電での電気特性図である。It is an electrical characteristic figure in the small electric current charge / discharge of the Example and comparative example of this invention. 本発明の実施例と比較例の、各種電流放電での電気特性図である。It is an electrical property figure in various current discharges of an example and a comparative example of the present invention. 本発明の実施例と比較例の、サイクル寿命電気特性図である。It is a cycle life electrical characteristic figure of the Example and comparative example of this invention. 本発明の実施例と比較例の、DSC試験図である。It is a DSC test figure of the Example and comparative example of this invention.

以下に本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的及び作用効果について、以下に例を挙げ並びに図面を組み合わせて詳細に説明する。   The technical contents, structural features, objects to be achieved, and operational effects of the present invention will be described in detail below with reference to examples and drawings.

図1を参照されたい。それは本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体顆粒の構造表示図である。本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、複数の粉体顆粒を包含し、各該粉体顆粒は、いずれも複数のナノ粒子で構成され、各粉体顆粒はリチウムニッケルコバルト酸化物を包含し、その平均化学組成は、LiaNi1-bCob2と表示され、粉体顆粒の平均化学組成は、0.9≦a≦1.2、0.1≦b≦0.5の条件を満たし、且つ該粉体顆粒表面のナノ粒子から該粉体顆粒のコアのナノ粒子までは、異なる組成比の構造を有する。 Please refer to FIG. It is a structure display diagram of the lithium nickel cobalt cathode material powder granule of the present invention. The lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention includes a plurality of powder granules, each powder granule is composed of a plurality of nanoparticles, and each powder granule includes a lithium nickel cobalt oxide. The average chemical composition is expressed as Li a Ni 1-b Co b O 2, and the average chemical composition of the powder granules is 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0.1 ≦ b ≦ 0.5. The nanoparticle on the surface of the powder granule and the core nanoparticle of the powder granule have structures having different composition ratios.

図1において、Aは本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体顆粒表面上の任意の一つのナノ粒子を表示し、Bは粉体顆粒コア中の任意の一つのナノ粒子を表示する。   In FIG. 1, A represents any one nanoparticle on the surface of the lithium nickel cobalt cathode material powder granule of the present invention, and B represents any one nanoparticle in the powder granule core.

本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体によると、異なる組成比の構造は、Li含有率が、粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて、均一に分布し、Ni含有率は、粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて増加し、及び、Co含有率は、粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて減少する。   According to the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention, the structure of different composition ratio is such that the Li content is uniformly distributed from the nanoparticles on the powder granule surface toward the nanoparticles on the powder granule core, Ni The content increases from the nanoparticles on the powder granule surface to the nanoparticles on the powder granule core, and the Co content increases from the nanoparticle on the powder granule surface to the nanoparticles on the powder granule core. Decrease.

これにより、図1に示される例では、Li含有率はAからBへと均一に分布し、Ni含有率はAからBへと増加し、並びにCo含有率はAからBへと減少する。   As a result, in the example shown in FIG. 1, the Li content is uniformly distributed from A to B, the Ni content is increased from A to B, and the Co content is decreased from A to B.

本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、そのうち、粉体表面のナノ粒子の化学組成、たとえば、図1中のAの化学組成は、LixNi1-yCoy2と表示され、そのうち、0.9≦x≦1.2、0.15≦y≦1.0であり、粉体顆粒コアのナノ粒子の化学組成、たとえば、図1中のBの化学組成は、Lix'Ni1-y'Coy'2と表示され、そのうち、0.9≦x’≦1.2、0≦y’≦0.3であり、且つx=x’且つy>y’の条件を満たす。 Of the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention, the chemical composition of the nanoparticles on the powder surface, for example, the chemical composition of A in FIG. 1 is expressed as Li x Ni 1-y Co y O 2 , Among them, a 0.9 ≦ x ≦ 1.2,0.15 ≦ y ≦ 1.0, the chemical composition of the nanoparticles of the powder granule core, for example, the chemical composition of B in FIG. 1, Li x ' Ni 1-y ′ Co y ′ O 2 , of which 0.9 ≦ x ′ ≦ 1.2, 0 ≦ y ′ ≦ 0.3, and x = x ′ and y> y ′ Meet.

本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、そのうちこれらナノ粒子の粒径は、30〜700nmの範囲内である。粉体顆粒の平均粒径(D50)は、0.5〜25μmの範囲内にある。 In the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention, the particle size of these nanoparticles is in the range of 30 to 700 nm. The average particle diameter (D 50 ) of the powder granules is in the range of 0.5 to 25 μm.

このほか、本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、その粉体顆粒が、R−3m菱面体であり、粉体の振実密度は、少なくとも1.5g/cm3より大きく、比表面積は、0.1〜20m2/gの範囲内にある。 In addition, in the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention, the powder granules are R-3m rhomboids, the powder density is at least greater than 1.5 g / cm 3 , and the specific surface area is In the range of 0.1 to 20 m 2 / g.

以下に実験例及び比較例それぞれ一つを以て、並びに物理及び電気化学特性分析により、本発明の改善された性能を明らかにする。   In the following, the improved performance of the present invention will be clarified by one each of the experimental example and the comparative example, and by physical and electrochemical property analysis.

[実施例]
1.異なる化学組成のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料の合成
化学共沈殿法で、球状ニッケルコバルト水酸化物を合成し、ニッケルコバルト水酸化物を反応槽中に入れ、さらに共沈殿法で、水酸化コバルトが均一に球状ニッケルコバルト水酸化物の表面を被覆できるようにし、続いて水酸化リチウムを加えて混合し、そのうち、リチウム塩とニッケルコバルトの含有量の比は、1.02:1.00であり、この混合物を酸素ガス雰囲気下で、摂氏750度で12時間焼結し、最終的に、本発明による異なる組成比構造のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料を得る。説明の便のために、以下、符号DC−LiNi0.72Co0.282を以て、この実験例で合成したリチウムニッケルコバルト正極材料を表示する。
[Example]
1. Synthesis of lithium nickel cobalt cathode material composed of nanoparticles of different chemical composition Spherical nickel cobalt hydroxide was synthesized by chemical coprecipitation method, nickel cobalt hydroxide was put into the reaction vessel, and further coprecipitation method was used. Cobalt hydroxide can uniformly coat the surface of spherical nickel cobalt hydroxide, and then lithium hydroxide is added and mixed, the ratio of lithium salt to nickel cobalt content being 1.02: This mixture is sintered at 750 degrees Celsius for 12 hours in an oxygen gas atmosphere, and finally, a lithium nickel cobalt cathode material composed of nanoparticles having different composition ratio structures according to the present invention is obtained. . For convenience of explanation, the lithium nickel cobalt positive electrode material synthesized in this experimental example is indicated below with the symbol DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 .

2.ボタン型電池の製作
正極極板の製作は、リチウムニッケルコバルト正極材料:(石墨+カーボンブラック):ポリビニリデンフルオライド(polyvinylidene fluoride,PVDF)=89:6:5の重量比により、その後、一定比率のN−メチルピロリジノン(N−methyl pyrrolidinone,NMP)を均一に混合してとろみのある液状としとし、200μmナイフを利用してペースト材料を20μmのアルミ箔上に塗布する。極板は先に加熱プラットフォームで加熱乾燥した後に、真空加熱乾燥し、こうしてNMP溶剤を除去する。
極板をさきに押し出し、さらに裁断して直径約12mmのコイン型極板となす。続いてリチウム金属を負極とし、DC−LiNi0.72Co0.282極板を正極とし、電解質液は1MのLiPF6−EC+EC/PC/EMC/DMC(体積比3:1:4:2)とし、ボタン型電池を構成する。
上述のボタン型電池について、充放電範囲2.8〜4.3V、充放電電流0.1Cで、DC−LiNi0.72Co0.282正極材料の各種電気化学特性を測定した。
2. Production of button-type battery The production of the positive electrode plate is made of lithium nickel cobalt positive electrode material: (graphite + carbon black): polyvinylidene fluoride (PVDF) = 89: 6: 5, then at a constant ratio. N-methylpyrrolidinone (NMP) is uniformly mixed to form a thick liquid, and a paste material is applied onto a 20 μm aluminum foil using a 200 μm knife. The electrode plate is first heat-dried on a heating platform and then vacuum-heated to remove the NMP solvent.
The electrode plate is extruded first, and further cut into a coin-type electrode plate having a diameter of about 12 mm. Subsequently, lithium metal is used as the negative electrode, DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 electrode plate is used as the positive electrode, and the electrolyte solution is 1M LiPF 6 -EC + EC / PC / EMC / DMC (volume ratio 3: 1: 4: 2). Configure a button-type battery.
About the button type battery described above, various electrochemical characteristics of the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material were measured in a charge / discharge range of 2.8 to 4.3 V and a charge / discharge current of 0.1 C.

3.DC−LiNi0.72Co0.282正極材料のDSC試験
以上のボタン型電池を4.3Vまで充電し、ピンセットを用いてボタン型電池を分解し、正極極板を取り外し、並びに正極材料を切り取り、3mgの正極材料をアルミ坩堝中に入れ、3μlの電解液を加え、さらにアルミ坩堝をリベッティングしシールし、摂氏5度/分の速度で加熱し、温度摂氏150〜300度の範囲内で測定機器を使用して走査する。
3. DSC test of DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material Charge the above button type battery to 4.3 V, disassemble the button type battery using tweezers, remove the positive electrode plate, cut out the positive electrode material, 3 mg The positive electrode material was put into an aluminum crucible, 3 μl of electrolyte was added, the aluminum crucible was riveted and sealed, heated at a rate of 5 degrees Celsius / minute, and the measuring instrument was set within a temperature range of 150 to 300 degrees Celsius. Use to scan.

[比較例]
1.均一組成比のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料の合成
化学共沈殿法で、球状ニッケルコバルト水酸化物を合成し、さらに水酸化リチウムを混合し、そのうち、リチウム塩とニッケルコバルトの含有量の比は、1.02:1.00であり、この混合物を酸素ガス雰囲気下で、摂氏750度で12時間焼結し、最終的に、均一な組成比構造のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料を得る。説明の便のために、以下、符号AC−LiNi0.72Co0.282を以て、この比較例で合成したリチウムニッケルコバルト正極材料を表示する。
[Comparative example]
1. Synthesis of lithium nickel cobalt cathode material composed of nanoparticles with uniform composition ratio Spherical nickel cobalt hydroxide was synthesized by chemical coprecipitation method, and further mixed with lithium hydroxide, of which lithium salt and nickel cobalt contained The quantity ratio was 1.02: 1.00, and this mixture was sintered at 750 degrees Celsius for 12 hours under an oxygen gas atmosphere, and finally composed of nanoparticles with a uniform composition ratio structure. A lithium nickel cobalt positive electrode material is obtained. For convenience of explanation, the lithium nickel cobalt positive electrode material synthesized in this comparative example is indicated below with the symbol AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 .

2.ボタン型電池の製作
正極極板の製作は、AC−LiNi0.72Co0.282を使用する以外は、実験例と同じであり、並びに同じ方法でAC−LiNi0.72Co0.282正極材料の各種電気化学特性を試験する。
2. Manufacture of button-type battery The manufacture of the positive electrode plate is the same as the experimental example except that AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 is used, and the various methods of AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material are the same. Test chemical properties.

3.AC−LiNi0.72Co0.282正極材料のDSC試験
以上のボタン型電池を4.3Vまで充電し、ピンセットを用いてボタン型電池を分解し、正極極板を取り外し、並びに正極材料を切り取り、3mgの正極材料をアルミ坩堝中に入れ、3μlの電解液を加え、さらにアルミ坩堝をリベッティングしシールし、摂氏5度/分の速度で加熱し、温度摂氏150〜300度の範囲内で測定機器を使用して走査する。
3. DSC test of AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material Charge the above button type battery to 4.3 V, disassemble the button type battery using tweezers, remove the positive electrode plate, cut out the positive electrode material, 3 mg The positive electrode material was put into an aluminum crucible, 3 μl of electrolyte was added, the aluminum crucible was riveted and sealed, heated at a rate of 5 degrees Celsius / minute, and the measuring instrument was set within a temperature range of 150 to 300 degrees Celsius. Use to scan.

[分析結果]
1.物理特性分析
図2を参照されたい。それは実験例のDC−LiNi0.72Co0.282正極材料の元素定量分析結果である。誘導結合プラズマ(Inductive Couple Plasma,ICP)とエネルギー分散型X線分析装置(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)で、DC−LiNi0.72Co0.282正極材料に対して、表面及び断面の元素定量分析を行う。図2の(a)は、DC−LiNi0.72Co0.282正極材料の表面形態と元素分析比率グラフであり、図2の(b)は、DC−LiNi0.72Co0.282正極材料の断面形態と元素分析比率グラフである。
ICPでDC−LiNi0.72Co0.282正極材料全体のNi:Coのモル比を測定したところ、72.77:27.23であり、図2の(a)中で、観察されるDC−LiNi0.72Co0.282正極材料の表面ナノ粒子のNi:Coのモル比は、68.74:31.26であり、図2(b)中で観察されるDC−LiNi0.72Co0.282正極材料は、高温焼結後に、Coが材料内部に拡散して、それによりNi:Coの元素比を変化させ、この部分のDC−LiNi0.72Co0.282正極材料のコアのナノ粒子のNi:Coモル比は、80.13:19.87である。
[result of analysis]
1. Physical Property Analysis See FIG. It is the result of elemental quantitative analysis of the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material of the experimental example. Elemental analysis of the surface and cross section of DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material is performed with an inductively coupled plasma (ICP) and an energy dispersive X-ray analyzer (Energy Dispersive Spectrometer, EDS). . Of (a) is 2, a surface morphology and elemental analysis ratio graph of DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material, (b), FIG. 2, cross-sectional configuration of the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material It is an element analysis ratio graph.
When the molar ratio of Ni: Co of the entire DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material was measured by ICP, it was 72.77: 27.23, which was observed in FIG. The Ni: Co molar ratio of the surface nanoparticles of the 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material is 68.74: 31.26, and the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material observed in FIG. After high temperature sintering, Co diffuses into the material, thereby changing the elemental ratio of Ni: Co, and Ni: Co of the core nanoparticles of this portion of the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material The molar ratio is 80.13: 19.87.

2.電気化学特性分析
図3を参照されたい。それは小電流充放電での実施例材料と比較例材料の電気特性図である。曲線(a)は比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282を代表し、曲線(b)は実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282を代表する。実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282と比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282の電気化学特性の違いは、材料小電流充放電(0.1C)により比較でき、電圧範囲2.8〜4.3Vの間で、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282放電容量は、194.3mAh/gであり、不可逆容量は9.4mAh/gである。比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282の放電容量は185.7mAh/gであり、不可逆容量は10.8mAh/gである。
2. Electrochemical characterization See FIG. It is an electrical property diagram of an example material and a comparative example material with small current charge / discharge. Curve (a) represents the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 , and curve (b) represents the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 . The difference in electrochemical properties between the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 and the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 can be compared by the material small current charge / discharge (0.1 C), and the voltage range 2.8 Between ˜4.3V, the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 discharge capacity is 194.3 mAh / g and the irreversible capacity is 9.4 mAh / g. The discharge capacity of the comparative example material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 is 185.7 mAh / g and the irreversible capacity is 10.8 mAh / g.

図4を参照されたい。それは各種電流放電での実施例及び比較例の電気特性図である。曲線(a)は比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282を代表し、曲線(b)は実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282を代表する。電流条件は、充電0.2C、放電1C〜7Cであり、作業電圧は、2.8〜4.3Vの間とされる。図4から、あきらかに、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282が比較的高い放電プラットフォームを有し、7Cの放電電流下で、78%の高い容量を保有し、比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282は僅かに74%の容量しか残らないことが観察される。 Please refer to FIG. It is an electrical characteristic diagram of Examples and Comparative Examples with various current discharges. Curve (a) represents the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 , and curve (b) represents the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 . Current conditions are charge 0.2C, discharge 1C-7C, and working voltage is between 2.8-4.3V. From FIG. 4 it is clear that the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 has a relatively high discharge platform, has a high capacity of 78% under a discharge current of 7C, and the comparative material AC-LiNi It is observed that 0.72 Co 0.28 O 2 leaves only 74% capacity.

図5を参照されたい。それは、実施例材料と比較例材料のサイクル寿命電気特性図である。曲線(a)は比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282を代表し、曲線(b)は実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282を代表する。0.5Cの定電流を利用し、電圧範囲2.8〜4.3Vの間で、材料に対して60回の充放電を行った後、計算により実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282がなおも開始電気量の83.5%を維持し、比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282は僅かに開始電気量の78.5%のみが残ることが分かり、以上の結果をまとめると、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282は比較的良好な充放電特性を有することが分かる。 Please refer to FIG. It is a cycle life electric characteristic figure of an example material and a comparative example material. Curve (a) represents the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 , and curve (b) represents the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 . Using a constant current of 0.5 C, the material was charged and discharged 60 times in the voltage range of 2.8 to 4.3 V, and then the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 was calculated. However, 83.5% of the starting electricity amount is still maintained, and it can be seen that the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 remains only 78.5% of the starting electricity amount, and the above results are summarized. It can be seen that the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 has relatively good charge / discharge characteristics.

図6を参照されたい。それは実施例材料と比較例材料のDSC試験図である。曲線(a)は比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282を代表し、曲線(b)は実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282を代表する。図6中の結果より、比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282の放熱分解温度は摂氏約227.6度であるが、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282は、明らかに放熱分解温度をアップし、摂氏約236.7度までアップし、且つ放熱量は、225.07J/gから148.73J/gまで下がっている。ゆえに、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282は、比較例よりも良好な熱安定性を有する。 See FIG. It is a DSC test diagram of the example material and the comparative example material. Curve (a) represents the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 , and curve (b) represents the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 . From the results in FIG. 6, the heat release decomposition temperature of the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 is about 227.6 degrees Celsius, but the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 is clearly heat release decomposition. The temperature is increased, the temperature is increased to about 236.7 degrees Celsius, and the heat radiation amount is decreased from 222.07 J / g to 148.73 J / g. Therefore, the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 has better thermal stability than the comparative example.

本発明の主要な特徴は、一種の、異なる化学成分の組成比のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料粉体を設計し、並びに異種金属でドープ或いは修飾せず、これにより、明らかな界面抵抗或いは蓄電活性領域の問題を有することがないことにある。設計上、材料粉体顆粒表面のナノ粒子Co含有率は比較的高く、これにより、材料粉体顆粒外層ナノ粒子は高い熱安定性形態に偏向し、材料粉体顆粒コアのナノ粒子のNi含有率は比較的高く、これにより、高容量形態である。ゆえに、本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は同時に高い安定性と高容量の長所を有し、粉体顆粒の表面構造を安定させられ、安全性を増加でき、且つ材料自身のグラム当たりの容量を減らすことなく、こうして同時に高い安全性と高エネルギー密度を具備する目的を達成し、リチウム電池正極材料の高エネルギー量と高安全性の要求を満たす。   The main feature of the present invention is to design a kind of lithium nickel cobalt cathode material powder composed of nanoparticles of different chemical composition ratios, as well as not doped or modified with dissimilar metals, which makes it obvious There is no problem of interface resistance or storage active region. By design, the nanoparticle Co content on the surface of the material powder granule is relatively high, so that the outer layer nanoparticle of the material powder granule is biased to a highly heat-stable form and the Ni content of the nanoparticle of the material powder granule core The rate is relatively high, which is a high capacity form. Therefore, the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention has the advantages of high stability and high capacity at the same time, the surface structure of the powder granule can be stabilized, safety can be increased, and the material itself per gram. Without reducing the capacity, the purpose of simultaneously providing high safety and high energy density is achieved, and the high energy content and high safety requirements of the lithium battery positive electrode material are met.

本発明のもう一つの特徴は、化学成分の組成比の異なるナノ粒子で構成したリチウムニッケルコバルト正極材料粉体を設計してリチウム二次電池の製造に応用できるようにし、それは、任意の円形及び方形のステンレススチール、アルミ及びアルミ合金缶体パッケージのリチウム電池を包含し、また、任意のアルミ箔バッグ熱圧着方式で包装された高分子リチウム電池及び関係パッケージ設計のリチウム電池に適用し、電池の安全性と容量をアップできることにある。   Another feature of the present invention is to design a lithium nickel cobalt cathode material powder composed of nanoparticles having different composition ratios of chemical components so that the powder can be applied to the manufacture of a lithium secondary battery. Includes lithium batteries in rectangular stainless steel, aluminum and aluminum alloy can packages, and can be applied to polymer lithium batteries packaged in any aluminum foil bag thermocompression bonding method and lithium batteries in related package designs. It is to improve safety and capacity.

以上は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、並びに本発明を限定するものではなく、本発明に提示の精神より逸脱せずに完成されるその他の同等の効果の修飾或いは置換は、いずれも本発明の権利請求範囲内に属する。   The foregoing is only a description of the preferred embodiment of the present invention, and is not intended to limit the present invention. Other equivalent effect modifications or substitutions that may be accomplished without departing from the spirit of the present invention are not Are also within the scope of the claims of the present invention.

A 粉体顆粒表面のナノ粒子
B 粉体顆粒コアのナノ粒子
A Powder nanoparticles surface nanoparticles B Powder granules core nanoparticles

本発明は一種のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体に係り、さらに具体的には、粉体顆粒表面のナノ粒子から粉体顆粒コアのナノ粒子までがいずれも異なる化学組成成分比である、成分比の連続変化構造を有するリチウムニッケルコバルト酸化物に関する。 The present invention relates to a kind of lithium nickel cobalt positive electrode material powder, more specifically, the ratio of chemical composition components from the nanoparticles on the powder granule surface to the nanoparticles on the powder granule core are different from each other. The present invention relates to a lithium nickel cobalt oxide having a continuously changing structure .

現在の3Cテクノロジーの勃興発展と環境保護意識の台頭により、電気自動車は日増しに重要になっている。しかし、どのようなバッテリー応用システムであろうと、その主要な目標は、高いエネルギー密度を有するリチウムイオン電池の追求であり、その体積エネルギー密度要求は、すでに400Wh/Lより大きくなっているが、現在リチウムコバルト正極材料システムのリチウム電池体積エネルギー密度は、320〜350Wh/Lしかなく、且つ、すでに性能アップの余地はなくなっており、ついに、エネルギー密度が高く、製造コストが比較的低く、且つ毒性がないリチウムニッケル正極材料が、リチウムコバルト正極材料に代わり研究されるようになった。しかし、その熱安定性と構造安定性は良くなく、このため安全性が不良となり、リチウム電池への運用が非常に難しい。リチウム電池の正極材料は、電池性能に影響を与えるのみならず、電池の安全性を決定する重要な因子である。このため、良好なリチウム電池正極材料は、静電容量が高くなければならないほか、最も重要であるのは、材料の熱安定性が良好であって、すなわち材料の安定性が良好であることで、それでこそ正極材料に応用され得る。リチウムニッケル正極材料の問題を改善するため、ある学者は、構造が比較的安定しているコバルトイオンをリチウムニッケル酸化物中にドープして、一部のニッケルイオンを置換し、リチウムニッケルコバルト正極材料を合成し、これにより、リチウムニッケル正極材料の構造安定性と熱安定性を改善し、且つ材料中にドープするコバルトの含有率が高くなるほど、材料の安全性が良好となるが、ただし、静電容量は却って下がり、もともと追求していた高エネルギー密度を具えたリチウムイオン電池の目標を失ってしまう。   With the rise of 3C technology and the rise of environmental protection awareness, electric vehicles are becoming more and more important every day. However, the main goal of any battery application system is the pursuit of a lithium ion battery having a high energy density, and its volumetric energy density requirement is already larger than 400 Wh / L. The lithium battery volume energy density of the lithium cobalt positive electrode material system is only 320 to 350 Wh / L, and there is no room for performance improvement. Finally, the energy density is high, the manufacturing cost is relatively low, and the toxicity is high. No lithium nickel cathode material has been studied instead of lithium cobalt cathode material. However, its thermal stability and structural stability are not good, which makes the safety unsatisfactory and very difficult to operate on lithium batteries. The positive electrode material of a lithium battery not only affects battery performance, but is an important factor that determines battery safety. For this reason, a good lithium battery positive electrode material must have a high capacitance, and most importantly, the material has good thermal stability, that is, good material stability. Therefore, it can be applied to positive electrode materials. In order to improve the problem of lithium nickel positive electrode material, some scholars dope some lithium ions into the lithium nickel oxide by doping relatively stable structural cobalt ions into the lithium nickel cobalt positive electrode material. This improves the structural stability and thermal stability of the lithium nickel positive electrode material, and the higher the cobalt content in the material, the better the safety of the material. The capacity will decline, and the goal of the lithium ion battery with the high energy density originally pursued will be lost.

現在、全世界で大量に商品化されたリチウムニッケルコバルト正極材料が未だない原因の、主要な鍵は、安全性の問題が未だ解決されていないことであり、この問題を解決するために、研究単位或いは材料メーカーは、他種の金属イオンをリチウムニッケルコバルト正極材料の構造中に植え込むことで、材料構造の安定度を増すことを選択できるが、静電容量は材料内の電気抵抗の高まりにより、明らかに低くなる。   The main key to the current lack of commercialized lithium nickel cobalt cathode materials in large quantities worldwide is that the safety issue has not been solved, and research has been conducted to solve this problem. Unit or material manufacturers can choose to increase the stability of the material structure by implanting other types of metal ions into the structure of the lithium nickel cobalt cathode material, but the capacitance is due to the increased electrical resistance in the material. Obviously lower.

近年、ある学者は、リチウムニッケルコバルト正極材料の表面を、一層のナノレベルの保護層で修飾し、材料と電解液が反応を発生して構造崩壊を形成するのを防止したが、このような方法は、材料の放熱量を減らせるものの、放熱温度を高めることができず、且つ材料の大量製造及び成層技術は比較的操作が容易でない。   In recent years, one scholar has modified the surface of a lithium nickel cobalt cathode material with a single nano-level protective layer to prevent the material and electrolyte from reacting to form a structural collapse. Although the method can reduce the heat dissipation amount of the material, the heat dissipation temperature cannot be increased, and the mass production of the material and the stratification technique are relatively difficult to operate.

現在、ある学者は、リチウムニッケルコバルト酸化物を正極材料のコアとし、さらに材料表面を一層の、熱安定性を有する正極材料、たとえば、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物或いはリチウムニッケルマンガン酸化物で被覆して保護シェル層となし、保護シェル層の厚さは約1〜2μmとし、コア−シェル構造の複合正極材料を形成し、このような構造は、有効に材料の安全性をアップできるが、材料内部の界面抵抗が増加し、材料の大電流放電での性能が下がり、且つこのような構造の材料は、大量製造上の合成品質を掌握しにくい。   At present, some scholars use lithium nickel cobalt oxide as the core of the positive electrode material, and further coat the surface of the material with a single layer of heat-stable positive electrode material such as lithium nickel cobalt manganese oxide or lithium nickel manganese oxide. The protective shell layer has a thickness of about 1 to 2 μm to form a composite cathode material having a core-shell structure. Such a structure can effectively increase the safety of the material. The internal interfacial resistance increases, the material's performance at high current discharge decreases, and the material of such a structure is difficult to grasp the synthetic quality in mass production.

本発明の主要な目的は、一種のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体を提供することにあり、それは、複数の粉体顆粒を包含し、粉体中には境界面がなく層に分かれておらず、各粉体顆粒は複数のナノ粒子で構成され、各粉体顆粒は、リチウムニッケルコバルト酸化物を包含し、その平均化学組成は、LiaNi1-bCob2と表示され、そのうち、0.9≦a≦1.2、0.1≦b≦0.5の条件を満たし、且つ該粉体顆粒表面のナノ粒子から該粉体顆粒のコアのナノ粒子までは、いずれも異なる化学組成の成分比である、成分比の連続変化構造を有する。 The main object of the present invention is to provide a kind of lithium nickel cobalt cathode material powder, which includes a plurality of powder granules, and there is no boundary surface in the powder and it is not divided into layers. each powder granules are composed of a plurality of nanoparticles, each powder granules encompasses a lithium nickel cobalt oxide, the average chemical composition is displayed as Li a Ni 1-b Co b O 2, of which 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0.1 ≦ b ≦ 0.5, and the powder granules surface to the core nanoparticles of the powder granules are all different It has a continuously changing structure of the component ratio, which is the component ratio of the chemical composition .

本発明は、一種のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体を提供し、それは、複数の粉体顆粒を包含し、各粉体顆粒は複数のナノ粒子で構成され、各粉体顆粒は、リチウムニッケルコバルト酸化物を包含し、その平均化学組成は、LiaNi1-bCob2と表示され、そのうち、0.9≦a≦1.2、0.1≦b≦0.5の条件を満たし、且つ該粉体顆粒表面のナノ粒子から該粉体顆粒のコアのナノ粒子までは、いずれも異なる化学組成の成分比である、成分比の連続変化構造を有する。 The present invention provides a kind of lithium nickel cobalt cathode material powder, which includes a plurality of powder granules, each powder granule is composed of a plurality of nanoparticles, and each powder granule is lithium nickel cobalt Including oxides, the average chemical composition is expressed as Li a Ni 1-b Co b O 2 , of which 0.9 ≦ a ≦ 1.2 and 0.1 ≦ b ≦ 0.5 The nanoparticle on the surface of the powder granule to the core nanoparticle of the powder granule has a continuously changing structure of the component ratio, which is a component ratio of different chemical compositions .

上述のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体の、異なる成分比の構造は、Li含有率が粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて均一に分布し、Ni含有率は、粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて連続増加し、Co含有率は粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて連続減少する。 The structure of the above-described lithium nickel cobalt positive electrode material powder having different component ratios is such that the Li content is uniformly distributed from the nanoparticles on the powder granule surface toward the nanoparticles on the powder granule core, and the Ni content is from nanoparticles of the powder granule surface toward the nanoparticle powder granules core increases continuously, Co content continuously decreases towards the nanoparticle powder granule core from nanoparticles of the powder surface of the granules.

上述のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体表面のナノ粒子の化学組成は、LixNi1-yCoy2と表示され、そのうち、0.9≦x≦1.2、0.15≦y≦1.0の条件を満たし、且つ該粉体顆粒コアのナノ粒子の化学組成は、Lix'Ni1-y'Coy'2と表示され、そのうち、0.9≦x’≦1.2、0≦y’≦0.3の条件を満たし、且つx=x’且つy>y’である。 The chemical composition of the nanoparticles on the surface of the above-described lithium nickel cobalt positive electrode material powder is expressed as Li x Ni 1-y Co y O 2 , of which 0.9 ≦ x ≦ 1.2 and 0.15 ≦ y ≦. 1.0, and the chemical composition of the nanoparticles of the powder granule core is expressed as Li x ′ Ni 1-y ′ Co y ′ O 2 , of which 0.9 ≦ x ′ ≦ 1. 2, 0 ≦ y ′ ≦ 0.3 is satisfied, and x = x ′ and y> y ′.

上述のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、そのうちこれらナノ粒子の粒径は、30〜700nmの範囲内である。粉体顆粒の平均粒径(D50)は、0.5〜25μmの範囲内にある。このほか、粉体顆粒は、R−3m菱面体であり、粉体の振実密度(tap densitiy,タップ密度)は、少なくとも1.5g/cm3より大きく、比表面積は、0.1〜20m2/gの範囲内にある。 Among the above-mentioned lithium nickel cobalt positive electrode material powder, the particle size of these nanoparticles is in the range of 30 to 700 nm. The average particle diameter (D 50 ) of the powder granules is in the range of 0.5 to 25 μm. In addition, the powder granule is an R-3m rhombohedron, the powder density (tap density) is at least greater than 1.5 g / cm 3 , and the specific surface area is 0.1 to 20 m 2. / G.

これにより、本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料は、異なる組成比のナノ粒子で構成され、粉体顆粒表面のナノ粒子のCo含有率は比較的高く、粉体顆粒外層ナノ粒子が高い熱安定性に偏向する形態とされ、粉体顆粒コアナノ粒子のNi含有率は比較的高く、これにより高静電容量形態であり、ゆえに、本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は十分に、高い安定性と高い静電容量の長所を同時に有し得て、これにより、高い安全性と高いエネルギー密度を共に具備する目的を達成し、リチウム電池の正極材料に適合する。   As a result, the lithium nickel cobalt cathode material of the present invention is composed of nanoparticles with different composition ratios, the Co content of the nanoparticles on the surface of the powder granules is relatively high, and the powder granule outer layer nanoparticles have a high thermal stability. The Ni content of the powder granule core nanoparticles is relatively high, and thus has a high capacitance form. Therefore, the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention has a sufficiently high stability. Can have the advantages of high capacitance at the same time, thereby achieving the purpose of having both high safety and high energy density, and suitable for the positive electrode material of lithium battery.

本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体顆粒の構造表示図である。It is a structure display figure of the lithium nickel cobalt positive electrode material powder granule of this invention. 本発明の実施例のDC−LiNi0.72Co0.28O2正極材料の元素定量分析結果を示す図である。It is a figure which shows the element quantitative analysis result of the DC-LiNi0.72Co0.28O2 positive electrode material of the Example of this invention. 本発明の実施例と比較例の、小電流充放電での電気特性図である。It is an electrical characteristic figure in the small electric current charge / discharge of the Example and comparative example of this invention. 本発明の実施例と比較例の、各種電流放電での電気特性図である。It is an electrical property figure in various current discharges of an example and a comparative example of the present invention. 本発明の実施例と比較例の、サイクル寿命電気特性図である。It is a cycle life electrical characteristic figure of the Example and comparative example of this invention. 本発明の実施例と比較例の、DSC試験図である。It is a DSC test figure of the Example and comparative example of this invention.

以下に本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的及び作用効果について、以下に例を挙げ並びに図面を組み合わせて詳細に説明する。   The technical contents, structural features, objects to be achieved, and operational effects of the present invention will be described in detail below with reference to examples and drawings.

図1を参照されたい。それは本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体顆粒の構造表示図である。本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、複数の粉体顆粒を包含し、各該粉体顆粒は、いずれも複数のナノ粒子で構成され、構成される粉体中には観察或いは定義される境界面がなく層に分かれておらず、各粉体顆粒はリチウムニッケルコバルト酸化物を包含し、その平均化学組成は、LiaNi1-bCobO2と表示され、粉体顆粒の平均化学組成は、0.9≦a≦1.2、0.1≦b≦0.5の条件を満たし、且つ該粉体顆粒表面のナノ粒子から該粉体顆粒のコアのナノ粒子までは、いずれも異なる化学組成の成分比である、成分比の連続変化構造を有する。 Please refer to FIG. It is a structure display diagram of the lithium nickel cobalt cathode material powder granule of the present invention. The lithium nickel cobalt cathode material powder of the present invention includes a plurality of powder granules, each of which is composed of a plurality of nanoparticles , and is observed or defined in the composed powder. The powder granules contain lithium nickel cobalt oxide, the average chemical composition is expressed as LiaNi1-bCobO2, and the average chemical composition of the powder granules is 0. The conditions of 9 ≦ a ≦ 1.2 and 0.1 ≦ b ≦ 0.5 are satisfied, and from the nanoparticle on the surface of the powder granule to the core nanoparticle of the powder granule, both have different chemical compositions. It has a component ratio, continuously changing structure of component ratio .

図1において、Aは本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体顆粒表面上の任意の一つのナノ粒子を表示し、Bは粉体顆粒コア中の任意の一つのナノ粒子を表示する。   In FIG. 1, A represents any one nanoparticle on the surface of the lithium nickel cobalt cathode material powder granule of the present invention, and B represents any one nanoparticle in the powder granule core.

本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体によると、成分比の連続変化構造は、Li含有率が、粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて、均一に分布し、Ni含有率は、粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて連続増加し、及び、Co含有率は、粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて連続減少する。 According to the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention, the continuous change structure of the component ratio is such that the Li content is uniformly distributed from the nanoparticles on the powder granule surface toward the nanoparticles on the powder granule core, The Ni content continuously increases from the nanoparticles on the powder granule surface toward the nanoparticles on the powder granule core, and the Co content rate increases from the nanoparticles on the powder granule surface to the nanoparticles on the powder granule core. It decreases continuously toward.

これにより、図1に示される例では、Li含有率はAからBへと均一に分布し、Ni含有率はAからBへと連続増加し、並びにCo含有率はAからBへと連続減少する。 Accordingly, in the example shown in FIG. 1, the Li content is uniformly distributed from A to B, the Ni content is continuously increased from A to B, and the Co content is continuously decreased from A to B. To do.

本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、そのうち、粉体表面のナノ粒子の化学組成、たとえば、図1中のAの化学組成は、LixNi1-yCoy2と表示され、そのうち、0.9≦x≦1.2、0.15≦y≦1.0であり、粉体顆粒コアのナノ粒子の化学組成、たとえば、図1中のBの化学組成は、Lix'Ni1-y'Coy'2と表示され、そのうち、0.9≦x’≦1.2、0≦y’≦0.3であり、且つx=x’且つy>y’の条件を満たす。 Of the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention, the chemical composition of the nanoparticles on the powder surface, for example, the chemical composition of A in FIG. 1 is expressed as Li x Ni 1-y Co y O 2 , Among them, a 0.9 ≦ x ≦ 1.2,0.15 ≦ y ≦ 1.0, the chemical composition of the nanoparticles of the powder granule core, for example, the chemical composition of B in FIG. 1, Li x ' Ni 1-y ′ Co y ′ O 2 , of which 0.9 ≦ x ′ ≦ 1.2, 0 ≦ y ′ ≦ 0.3, and x = x ′ and y> y ′ Meet.

本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、そのうちこれらナノ粒子の粒径は、30〜700nmの範囲内である。粉体顆粒の平均粒径(D50)は、0.5〜25μmの範囲内にある。 In the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention, the particle size of these nanoparticles is in the range of 30 to 700 nm. The average particle diameter (D 50 ) of the powder granules is in the range of 0.5 to 25 μm.

このほか、本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は、その粉体顆粒が、R−3m菱面体であり、粉体のタップ密度は、少なくとも1.5g/cm3より大きく、比表面積は、0.1〜20m2/gの範囲内にある。 In addition, the lithium nickel cobalt cathode material powder of the present invention has an R-3m rhombohedral powder granule, a powder tap density of at least 1.5 g / cm 3 and a specific surface area of 0. Within the range of 1 to 20 m @ 2 / g.

以下に実験例及び比較例それぞれ一つを以て、並びに物理及び電気化学特性分析により、本発明の改善された性能を明らかにする。   In the following, the improved performance of the present invention will be clarified by one each of the experimental example and the comparative example, and by physical and electrochemical property analysis.

[実施例]
1.異なる化学組成のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料の合成
化学共沈殿法で、球状ニッケルコバルト水酸化物を合成し、ニッケルコバルト水酸化物を反応槽中に入れ、さらに共沈殿法で、水酸化コバルトが均一に球状ニッケルコバルト水酸化物の表面を被覆できるようにし、続いて水酸化リチウムを加えて混合し、そのうち、リチウム塩とニッケルコバルトの含有量の比は、1.02:1.00であり、この混合物を酸素ガス雰囲気下で、摂氏750度で12時間焼結し、最終的に、本発明による異なる組成比構造のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料を得る。説明の便のために、以下、符号DC−LiNi0.72Co0.282を以て、この実験例で合成したリチウムニッケルコバルト正極材料を表示する。
[Example]
1. Synthesis of lithium nickel cobalt cathode material composed of nanoparticles of different chemical composition Spherical nickel cobalt hydroxide was synthesized by chemical coprecipitation method, nickel cobalt hydroxide was put into the reaction vessel, and further coprecipitation method was used. Cobalt hydroxide can uniformly coat the surface of spherical nickel cobalt hydroxide, and then lithium hydroxide is added and mixed, the ratio of lithium salt to nickel cobalt content being 1.02: This mixture is sintered at 750 degrees Celsius for 12 hours in an oxygen gas atmosphere, and finally, a lithium nickel cobalt cathode material composed of nanoparticles having different composition ratio structures according to the present invention is obtained. . For convenience of explanation, the lithium nickel cobalt positive electrode material synthesized in this experimental example is indicated below with the symbol DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 .

2.ボタン型電池の製作
正極極板の製作は、リチウムニッケルコバルト正極材料:(石墨+カーボンブラック):ポリビニリデンフルオライド(polyvinylidene fluoride,PVDF)=89:6:5の重量比により、その後、一定比率のN−メチルピロリジノン(N−methyl pyrrolidinone,NMP)を均一に混合してとろみのある液状としとし、200μmナイフを利用してペースト材料を20μmのアルミ箔上に塗布する。極板は先に加熱プラットフォームで加熱乾燥した後に、真空加熱乾燥し、こうしてNMP溶剤を除去する。
極板をさきに押し出し、さらに裁断して直径約12mmのコイン型極板となす。続いてリチウム金属を負極とし、DC−LiNi0.72Co0.282極板を正極とし、電解質液は1MのLiPF6−EC+EC/PC/EMC/DMC(体積比3:1:4:2)とし、ボタン型電池を構成する。
上述のボタン型電池について、充放電範囲2.8〜4.3V、充放電電流0.1Cで、DC−LiNi0.72Co0.282正極材料の各種電気化学特性を測定した。
2. Production of button-type battery The production of the positive electrode plate is made of lithium nickel cobalt positive electrode material: (graphite + carbon black): polyvinylidene fluoride (PVDF) = 89: 6: 5, then at a constant ratio. N-methylpyrrolidinone (NMP) is uniformly mixed to form a thick liquid, and a paste material is applied onto a 20 μm aluminum foil using a 200 μm knife. The electrode plate is first heat-dried on a heating platform and then vacuum-heated to remove the NMP solvent.
The electrode plate is extruded first, and further cut into a coin-type electrode plate having a diameter of about 12 mm. Subsequently, lithium metal is used as the negative electrode, DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 electrode plate is used as the positive electrode, and the electrolyte solution is 1M LiPF 6 -EC + EC / PC / EMC / DMC (volume ratio 3: 1: 4: 2). Configure a button-type battery.
About the button type battery described above, various electrochemical characteristics of the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material were measured in a charge / discharge range of 2.8 to 4.3 V and a charge / discharge current of 0.1 C.

3.DC−LiNi0.72Co0.282正極材料のDSC試験
以上のボタン型電池を4.3Vまで充電し、ピンセットを用いてボタン型電池を分解し、正極極板を取り外し、並びに正極材料を切り取り、3mgの正極材料をアルミ坩堝中に入れ、3μlの電解液を加え、さらにアルミ坩堝をリベッティングしシールし、摂氏5度/分の速度で加熱し、温度摂氏150〜300度の範囲内で測定機器を使用して走査する。
3. DSC test of DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material Charge the above button type battery to 4.3 V, disassemble the button type battery using tweezers, remove the positive electrode plate, cut out the positive electrode material, 3 mg The positive electrode material was put into an aluminum crucible, 3 μl of electrolyte was added, the aluminum crucible was riveted and sealed, heated at a rate of 5 degrees Celsius / minute, and the measuring instrument was set within a temperature range of 150 to 300 degrees Celsius. Use to scan.

[比較例]
1.均一組成比のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料の合成
化学共沈殿法で、球状ニッケルコバルト水酸化物を合成し、さらに水酸化リチウムを混合し、そのうち、リチウム塩とニッケルコバルトの含有量の比は、1.02:1.00であり、この混合物を酸素ガス雰囲気下で、摂氏750度で12時間焼結し、最終的に、均一な組成比構造のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料を得る。説明の便のために、以下、符号AC−LiNi0.72Co0.282を以て、この比較例で合成したリチウムニッケルコバルト正極材料を表示する。
[Comparative example]
1. Synthesis of lithium nickel cobalt cathode material composed of nanoparticles with uniform composition ratio Spherical nickel cobalt hydroxide was synthesized by chemical coprecipitation method, and further mixed with lithium hydroxide, of which lithium salt and nickel cobalt contained The quantity ratio was 1.02: 1.00, and this mixture was sintered at 750 degrees Celsius for 12 hours under an oxygen gas atmosphere, and finally composed of nanoparticles with a uniform composition ratio structure. A lithium nickel cobalt positive electrode material is obtained. For convenience of explanation, the lithium nickel cobalt positive electrode material synthesized in this comparative example is indicated below with the symbol AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 .

2.ボタン型電池の製作
正極極板の製作は、AC−LiNi0.72Co0.282を使用する以外は、実験例と同じであり、並びに同じ方法でAC−LiNi0.72Co0.282正極材料の各種電気化学特性を試験する。
2. Manufacture of button-type battery The manufacture of the positive electrode plate is the same as the experimental example except that AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 is used, and the various methods of AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material are the same. Test chemical properties.

3.AC−LiNi0.72Co0.282正極材料のDSC試験
以上のボタン型電池を4.3Vまで充電し、ピンセットを用いてボタン型電池を分解し、正極極板を取り外し、並びに正極材料を切り取り、3mgの正極材料をアルミ坩堝中に入れ、3μlの電解液を加え、さらにアルミ坩堝をリベッティングしシールし、摂氏5度/分の速度で加熱し、温度摂氏150〜300度の範囲内で測定機器を使用して走査する。
3. DSC test of AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material Charge the above button type battery to 4.3 V, disassemble the button type battery using tweezers, remove the positive electrode plate, cut out the positive electrode material, 3 mg The positive electrode material was put into an aluminum crucible, 3 μl of electrolyte was added, the aluminum crucible was riveted and sealed, heated at a rate of 5 degrees Celsius / minute, and the measuring instrument was set within a temperature range of 150 to 300 degrees Celsius. Use to scan.

[分析結果]
1.物理特性分析
図2を参照されたい。それは実験例のDC−LiNi0.72Co0.282正極材料の元素定量分析結果である。誘導結合プラズマ(Inductive Couple Plasma,ICP)とエネルギー分散型X線分析装置(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)で、DC−LiNi0.72Co0.282正極材料に対して、表面及び断面の元素定量分析を行う。図2の(a)は、DC−LiNi0.72Co0.282正極材料の表面形態と元素分析比率グラフであり、図2の(b)は、DC−LiNi0.72Co0.282正極材料の断面形態と元素分析比率グラフである。
ICPでDC−LiNi0.72Co0.282正極材料全体のNi:Coのモル比を測定したところ、72.77:27.23であり、図2の(a)中で、観察されるDC−LiNi0.72Co0.282正極材料の表面ナノ粒子のNi:Coのモル比は、68.74:31.26であり、図2(b)中で観察されるDC−LiNi0.72Co0.282正極材料は、高温焼結後に、Coが材料内部に拡散して、それによりNi:Coの元素比を変化させ、この部分のDC−LiNi0.72Co0.282正極材料のコアのナノ粒子のNi:Coモル比は、80.13:19.87である。
[result of analysis]
1. Physical Property Analysis See FIG. It is the result of elemental quantitative analysis of the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material of the experimental example. Elemental analysis of the surface and cross section of DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material is performed with an inductively coupled plasma (ICP) and an energy dispersive X-ray analyzer (Energy Dispersive Spectrometer, EDS). . Of (a) is 2, a surface morphology and elemental analysis ratio graph of DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material, (b), FIG. 2, cross-sectional configuration of the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material It is an element analysis ratio graph.
When the molar ratio of Ni: Co of the entire DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 positive electrode material was measured by ICP, it was 72.77: 27.23, which was observed in FIG. The Ni: Co molar ratio of the surface nanoparticles of the 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material is 68.74: 31.26, and the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material observed in FIG. After high temperature sintering, Co diffuses into the material, thereby changing the elemental ratio of Ni: Co, and Ni: Co of the core nanoparticles of this portion of the DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 cathode material The molar ratio is 80.13: 19.87.

2.電気化学特性分析
図3を参照されたい。それは小電流充放電での実施例材料と比較例材料の電気特性図である。曲線(a)は比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282を代表し、曲線(b)は実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282を代表する。実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282と比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282の電気化学特性の違いは、材料小電流充放電(0.1C)により比較でき、電圧範囲2.8〜4.3Vの間で、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282放電容量は、194.3mAh/gであり、不可逆容量は9.4mAh/gである。比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282の放電容量は185.7mAh/gであり、不可逆容量は10.8mAh/gである。
2. Electrochemical characterization See FIG. It is an electrical property diagram of an example material and a comparative example material with small current charge / discharge. Curve (a) represents the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 , and curve (b) represents the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 . The difference in electrochemical properties between the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 and the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 can be compared by the material small current charge / discharge (0.1 C), and the voltage range 2.8 Between ˜4.3V, the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 discharge capacity is 194.3 mAh / g and the irreversible capacity is 9.4 mAh / g. The discharge capacity of the comparative example material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 is 185.7 mAh / g and the irreversible capacity is 10.8 mAh / g.

図4を参照されたい。それは各種電流放電での実施例及び比較例の電気特性図である。曲線(a)は比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282を代表し、曲線(b)は実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282を代表する。電流条件は、充電0.2C、放電1C〜7Cであり、作業電圧は、2.8〜4.3Vの間とされる。図4から、あきらかに、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282が比較的高い放電プラットフォームを有し、7Cの放電電流下で、78%の高い容量を保有し、比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282は僅かに74%の容量しか残らないことが観察される。 Please refer to FIG. It is an electrical characteristic diagram of Examples and Comparative Examples with various current discharges. Curve (a) represents the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 , and curve (b) represents the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 . Current conditions are charge 0.2C, discharge 1C-7C, and working voltage is between 2.8-4.3V. From FIG. 4 it is clear that the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 has a relatively high discharge platform, has a high capacity of 78% under a discharge current of 7C, and the comparative material AC-LiNi It is observed that 0.72 Co 0.28 O 2 leaves only 74% capacity.

図5を参照されたい。それは、実施例材料と比較例材料のサイクル寿命電気特性図である。曲線(a)は比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282を代表し、曲線(b)は実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282を代表する。0.5Cの定電流を利用し、電圧範囲2.8〜4.3Vの間で、材料に対して60回の充放電を行った後、計算により実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282がなおも開始電気量の83.5%を維持し、比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282は僅かに開始電気量の78.5%のみが残ることが分かり、以上の結果をまとめると、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.28O2は比較的良好な充放電特性を有することが分かる。 Please refer to FIG. It is a cycle life electric characteristic figure of an example material and a comparative example material. Curve (a) represents the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 , and curve (b) represents the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 . Using a constant current of 0.5 C, the material was charged and discharged 60 times in the voltage range of 2.8 to 4.3 V, and then the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 was calculated. However, 83.5% of the starting electricity amount is still maintained, and it can be seen that the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 remains only 78.5% of the starting electricity amount, and the above results are summarized. It can be seen that the example material DC-LiNi0.72Co0.28O2 has relatively good charge / discharge characteristics.

図6を参照されたい。それは実施例材料と比較例材料のDSC試験図である。曲線(a)は比較例材料AC−LiNi0.72Co0.28O2を代表し、曲線(b)は実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282を代表する。図6中の結果より、比較例材料AC−LiNi0.72Co0.282の放熱分解温度は摂氏約227.6度であるが、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282は、明らかに放熱分解温度をアップし、摂氏約236.7度までアップし、且つ放熱量は、225.07J/gから148.73J/gまで下がっている。ゆえに、実施例材料DC−LiNi0.72Co0.282は、比較例よりも良好な熱安定性を有する。 See FIG. It is a DSC test diagram of the example material and the comparative example material. Curve (a) is representative of a comparative example material AC-LiNi0.72Co0.28O2, curve (b) is representative of EXAMPLES Materials DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 . From the results in FIG. 6, the heat release decomposition temperature of the comparative material AC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 is about 227.6 degrees Celsius, but the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 is clearly heat release decomposition. The temperature is increased, the temperature is increased to about 236.7 degrees Celsius, and the heat radiation amount is decreased from 222.07 J / g to 148.73 J / g. Therefore, the example material DC-LiNi 0.72 Co 0.28 O 2 has better thermal stability than the comparative example.

本発明の主要な特徴は、一種の、異なる化学成分の組成比のナノ粒子で組成されたリチウムニッケルコバルト正極材料粉体を設計し、並びに異種金属でドープ或いは修飾せず、これにより、明らかな界面抵抗或いは蓄電活性領域の問題を有することがないことにある。設計上、材料粉体顆粒表面のナノ粒子Co含有率は比較的高く、これにより、材料粉体顆粒外層ナノ粒子は高い熱安定性形態に偏向し、材料粉体顆粒コアのナノ粒子のNi含有率は比較的高く、これにより、高容量形態である。ゆえに、本発明のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体は同時に高い安定性と高容量の長所を有し、粉体顆粒の表面構造を安定させられ、安全性を増加でき、且つ材料自身のグラム当たりの容量を減らすことなく、こうして同時に高い安全性と高エネルギー密度を具備する目的を達成し、リチウム電池正極材料の高エネルギー量と高安全性の要求を満たす。   The main feature of the present invention is to design a kind of lithium nickel cobalt cathode material powder composed of nanoparticles of different chemical composition ratios, as well as not doped or modified with dissimilar metals, which makes it obvious There is no problem of interface resistance or storage active region. By design, the nanoparticle Co content on the surface of the material powder granule is relatively high, so that the outer layer nanoparticle of the material powder granule is biased to a highly heat-stable form and the Ni content of the nanoparticle of the material powder granule core The rate is relatively high, which is a high capacity form. Therefore, the lithium nickel cobalt positive electrode material powder of the present invention has the advantages of high stability and high capacity at the same time, the surface structure of the powder granule can be stabilized, safety can be increased, and the material itself per gram. Without reducing the capacity, the purpose of simultaneously providing high safety and high energy density is achieved, and the high energy content and high safety requirements of the lithium battery positive electrode material are met.

本発明のもう一つの特徴は、化学成分の組成比の異なるナノ粒子で構成したリチウムニッケルコバルト正極材料粉体を設計してリチウム二次電池の製造に応用できるようにし、それは、任意の円形及び方形のステンレススチール、アルミ及びアルミ合金缶体パッケージのリチウム電池を包含し、また、任意のアルミ箔バッグ熱圧着方式で包装された高分子リチウム電池及び関係パッケージ設計のリチウム電池に適用し、電池の安全性と容量をアップできることにある。   Another feature of the present invention is to design a lithium nickel cobalt cathode material powder composed of nanoparticles having different composition ratios of chemical components so that the powder can be applied to the manufacture of a lithium secondary battery. Includes lithium batteries in rectangular stainless steel, aluminum and aluminum alloy can packages, and can be applied to polymer lithium batteries packaged in any aluminum foil bag thermocompression bonding method and lithium batteries in related package designs. It is to improve safety and capacity.

以上は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、並びに本発明を限定するものではなく、本発明に提示の精神より逸脱せずに完成されるその他の同等の効果の修飾或いは置換は、いずれも本発明の権利請求範囲内に属する。   The foregoing is only a description of the preferred embodiment of the present invention, and is not intended to limit the present invention. Other equivalent effect modifications or substitutions that may be accomplished without departing from the spirit of the present invention are not Are also within the scope of the claims of the present invention.

A 粉体顆粒表面のナノ粒子
B 粉体顆粒コアのナノ粒子
A Powder nanoparticles surface nanoparticles B Powder granules core nanoparticles

Claims (8)

リチウムニッケルコバルト正極材料粉体において、複数の粉体顆粒を包含し、各該粉体顆粒は複数のナノ粒子で構成され、各該粉体顆粒は、リチウムニッケルコバルト酸化物を包含し、平均化学組成は、LiaNi1-bCob2と表示され、そのうち、0.9≦a≦1.2、0.1≦b≦0.5の条件を満たし、且つ該粉体顆粒表面のナノ粒子から該粉体顆粒のコアのナノ粒子までは、異なる組成比の構造を有することを特徴とする、リチウムニッケルコバルト正極材料粉体。 The lithium nickel cobalt positive electrode material powder includes a plurality of powder granules, each powder granule is composed of a plurality of nanoparticles, each powder granule includes lithium nickel cobalt oxide, and has an average chemical composition. The composition is expressed as Li a Ni 1-b Co b O 2 , of which 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0.1 ≦ b ≦ 0.5, and the surface of the powder granule Lithium nickel cobalt positive electrode material powder characterized by having a structure with different composition ratios from the nanoparticle to the core nanoparticle of the powder granule. 請求項1記載のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体において、該異なる組成比の構造は、Li含有率が粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて均一に分布し、Ni含有率は、粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて増加し、Co含有率は粉体顆粒表面のナノ粒子より粉体顆粒コアのナノ粒子に向けて減少することを特徴とする、リチウムニッケルコバルト正極材料粉体。   The lithium nickel cobalt positive electrode material powder according to claim 1, wherein the structure having the different composition ratio is such that the Li content is uniformly distributed from the nanoparticle on the surface of the powder granule toward the nanoparticle on the powder granule core. The content increases from the nanoparticles on the powder granule surface toward the nanoparticles in the powder granule core, and the Co content decreases from the nanoparticles on the powder granule surface toward the nanoparticles in the powder granule core Lithium nickel cobalt positive electrode material powder characterized by. 請求項2記載のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体において、上述のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体表面のナノ粒子の化学組成は、LixNi1-yCoy2と表示され、そのうち、0.9≦x≦1.2、0.15≦y≦1.0であり、且つ該粉体顆粒コアのナノ粒子の化学組成は、Lix'Ni1-y'Coy'2と表示され、そのうち、0.9≦x’≦1.2、0≦y’≦0.3であり、且つx=x’且つy>y’であることを特徴とする、リチウムニッケルコバルト正極材料粉体。 The lithium nickel cobalt positive electrode material powder according to claim 2, wherein the chemical composition of the nanoparticles on the surface of the lithium nickel cobalt positive electrode material powder is expressed as Li x Ni 1-y Co y O 2 . 9 ≦ x ≦ 1.2, 0.15 ≦ y ≦ 1.0, and the chemical composition of the nanoparticles of the powder granule core is expressed as Li x ′ Ni 1-y ′ Co y ′ O 2. Of these, 0.9 ≦ x ′ ≦ 1.2, 0 ≦ y ′ ≦ 0.3, and x = x ′ and y> y ′, wherein the lithium nickel cobalt positive electrode material powder . 請求項3記載のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体において、これらナノ粒子の粒径は、30〜700nmの範囲内であることを特徴とする、リチウムニッケルコバルト正極材料粉体。   The lithium nickel cobalt positive electrode material powder according to claim 3, wherein the particle diameter of these nanoparticles is in the range of 30 to 700 nm. 請求項4記載のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体において、該粉体顆粒の平均粒径(D50)は、0.5〜25μmの範囲内にあることを特徴とする、リチウムニッケルコバルト正極材料粉体。 5. The lithium nickel cobalt positive electrode material powder according to claim 4, wherein the powder granules have an average particle diameter (D 50 ) in the range of 0.5 to 25 μm. body. 請求項1乃至5のいずれか記載のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体において、該粉体顆粒は、R−3m菱面体であることを特徴とする、リチウムニッケルコバルト正極材料粉体。   The lithium nickel cobalt positive electrode material powder according to any one of claims 1 to 5, wherein the powder granule is an R-3m rhombohedron. 請求項1乃至5のいずれか記載のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体において、該粉体の振実密度は、少なくとも1.5g/cm3より大きいことを特徴とする、リチウムニッケルコバルト正極材料粉体。 The lithium nickel cobalt positive electrode material powder according to any one of claims 1 to 5, wherein an actual density of the powder is at least greater than 1.5 g / cm 3. . 請求項1乃至5のいずれか記載のリチウムニッケルコバルト正極材料粉体において、該粉体の比表面積は、0.1〜20m2/gの範囲内にあることを特徴とする、リチウムニッケルコバルト正極材料粉体。 The lithium nickel cobalt positive electrode material powder according to any one of claims 1 to 5, wherein the specific surface area of the powder is in a range of 0.1 to 20 m 2 / g. Material powder.
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