JP2016523797A - 異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法、およびこれにより製造された異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物 - Google Patents
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i)リチウム含有化合物、チタン酸化物、異種金属M含有化合物および異種金属A含有化合物を両論比で固相混合する段階と、
ii)前記i)の固相混合物を溶媒に分散させ、0.3μm〜0.8μmの平均粒径を有する粒子を含有する時まで湿式粉砕してスラリーを製造する段階と、
iii)前記スラリーを噴霧乾燥して粒子を形成する段階と、
iv)前記噴霧乾燥された粒子を焼成する段階と、
を含み、下記の化学式で表される異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法を提供する。
Li4Ti5−(x+y)MxAyO12
(前記化学式中、前記Mは、Zr、Mg、Al、Ni、Co、Mn、Cuからなる群より選択され、前記Aは、Na、K、VおよびBからなる群より選択され、0.1≦x≦1.5、0≦y≦1であり、x+y≦2、8≦x/y≦9を満たすものである)
本発明の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法において、前記異種金属Mは、Zrであり、前記異種金属Aは、Naであることを特徴とする。
Li4Ti5−(x+y)MxAyO12
(前記化学式中、前記Mは、Zr、Mg、Al、Ni、Co、Mn、Cuからなる群より選択され、前記Aは、Na、K、VおよびBからなる群より選択され、0.1≦x≦1.5、0≦y≦1であり、x+y≦2、8≦x/y≦9を満たすものである)
本発明による異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物のD50が0.7μm〜1.5μmであることを特徴とする。
Li4Ti5−(x+y)MxAyO12
(前記化学式中、前記Mは、Zr、Mg、Al、Ni、Co、Mn、Cuからなる群より選択され、前記Aは、Na、K、VおよびBからなる群より選択され、0.1≦x≦1.5、0≦y≦1であり、x+y≦2、8≦x/y≦9を満たすものである)
本発明において合成される異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の各成分の組成は、混合時の各化合物の投入比、つまり、混合比により調整することができる。また、粉体特性である粒度分布、BET比表面積、タップ密度および圧粉体密度は、混合方法および酸化処理により調整することができる。
出発物質として水酸化リチウム1モル、アナターゼ型酸化チタン1モルおよび異種金属としてZr0.1モルの比率で固相混合し、水に攪拌しながら溶解した。
異種金属を含まないことを除いては、実施例1と同様にし、750℃で熱処理してリチウムチタン複合酸化物を製造した。
前記実施例1で製造された1種の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物のSEM写真を図1に示した。
前記実施例1で製造された1種の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物を正極活物質とし、リチウム箔を相対電極とし、多孔性ポリエチレン膜(セルガードLLC社製、Celgard 2300、厚さ:25μm)をセパレータとし、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートが体積比1:2に混合された溶媒にLiPF6が1モル濃度に溶けている液体電解液を用いて通常知られている製造工程によりコイン電池を製造した。比較例の場合も同様にコイン電池を製造した。
前記実施例1で容量特性およびレート特性が優秀に測定されたジルコニウムとナトリウムの2種の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物を製造した。
前記実施例2で製造された2種の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物およびZrだけが0.05モルドーピングされた粒子のSEM写真を図3に示した。図3で2種の異種金属をドーピングする場合にも粒子サイズは変わらないことを確認することができる。
前記実施例2で製造された2種の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物を正極活物質とし、リチウム箔を相対電極とし、多孔性ポリエチレン膜(セルガード社製、Celgard 2300、厚さ:25μm)をセパレータとし、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートが体積比1:2に混合された溶媒にLiPF6が1モル濃度に溶けている液体電解液を用いて通常知られている製造工程によりコイン電池を製造した。
前記実施例2で製造された2種の異種金属としてZrおよびNaをそれぞれ0.05モル、0.006モルドーピングし、750℃で熱処理した場合、リチウムチタン複合酸化物および比較例の異種金属をドーピングしていないリチウムチタン複合酸化物のXRD写真を図6に示した。
Claims (18)
- i)リチウム含有化合物、チタン酸化物、異種金属M含有化合物、および異種金属A含有化合物を両論比で固相混合する段階と、
ii)前記i)の固相混合物を溶媒に分散させ、0.3μm〜0.8μmの平均粒径を有する粒子を含有する時まで湿式粉砕してスラリーを製造する段階と、
iii)前記スラリーを噴霧乾燥して粒子を形成する段階と、
iv)前記噴霧乾燥された粒子を焼成する段階
とを含み、下記の化学式で表される異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
[化学式]
Li4Ti5−(x+y)MxAyO12
(前記化学式中、前記Mは、Zr、Mg、Al、Ni、Co、Mn、およびCuからなる群より選択され、前記Aは、Na、K、V、およびBからなる群より選択され、0.1≦x≦1.5、0≦y≦1であり、x+y≦2、8≦x/y≦9を満たすものである) - 前記異種金属Mは、Zrであり、前記異種金属Aは、Naであることを特徴とする、請求項1に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- 前記Zrを含有する化合物は、Zr(OH)4、ZrO2、およびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項2に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- 前記Naを含有する化合物は、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、およびこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項2に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- 前記チタン酸化物は、アナターゼ型または含水酸化チタンであることを特徴とする、請求項1に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- 前記リチウム含有化合物は、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムであることを特徴とする、請求項1に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- 前記ii)段階では、溶媒として水を用い、ジルコニアビードを用いて2000〜4000rpmで粉砕することを特徴とする、請求項1に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- 前記iii)段階の噴霧乾燥する段階では、投入熱風温度を250〜300℃、排気熱風温度を100〜150℃で噴霧乾燥することを特徴とする、請求項1に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- 前記iv)段階の焼成工程では、前記iii)段階の噴霧乾燥体を空気雰囲気下、700〜800℃で、5時間〜10時間焼成することを特徴とする、請求項1に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- v)前記iv)で焼成された粒子を粉砕する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- 前記v)焼成された粒子を粉砕する段階では、焼成された粒子をジェットエアーミルで粉砕することを特徴とする、請求項10に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物の製造方法。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法により製造され、1次粒子が集合して形成された2次粒子で構成され、
下記の化学式で表され、前記1次粒子の直径が0.5μm〜0.8μmであり、前記2次粒子の直径が5μm〜25μmであるスピネル構造であることを特徴とする、異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物。
[化学式]
Li4Ti5−(x+y)MxAyO12
(前記化学式中、前記Mは、Zr、Mg、Al、Ni、Co、Mn、Cuからなる群より選択され、前記Aは、Na、K、VおよびBからなる群より選択され、0.1≦x≦1.5、0≦y≦1であり、x+y≦2、8≦x/y≦9を満たすものである) - 前記2次粒子のD50が0.7μm〜1.5μmであることを特徴とする、請求項12に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物。
- 前記異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物は、Li4/3Ti5/3O4のメインピーク強度を100とする時、アナターゼ型TiO2のメインピークの強度が1以下、ルチル型TiO2のメインピークの強度が1以下であり、Li2TiO3のメインピークの強度が5以下であることを特徴とする、請求項12に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物。
- 請求項12に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極。
- 請求項12に記載の異種金属がドーピングされたリチウムチタン複合酸化物を含むリチウム二次電池用負極。
- 請求項15に記載の正極を含有するリチウム二次電池。
- 請求項16に記載の負極を含有するリチウム二次電池。
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