JP2018200863A - リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体、これらを用いた二次電池、並びにこれらの製造方法 - Google Patents
リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体、これらを用いた二次電池、並びにこれらの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
LiNiaCobMncM1 xO2・・・(I)
(式(I)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(II):
LiNidCoeAlfM2 yO2・・・(II)
(式(II)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×y=3を満たす数を示す。)
で表される1種以上のリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面及び内部空隙において、下記式(V):
LisCogNihM5 iPO4・・・(V)
(式(V)中、M5はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。s、g、h、及びiは、0.8≦s≦1.2、0≦g≦1.2、0≦h≦1.2、0≦i≦0.3、g+h≠0、及び0.8≦(g+h+i)≦1.2を満たし、かつs+2g+2h+(M5の価数)×i=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(VI):
LitCojNikM6 lSiO4・・・(VI)
(式(VI)中、M6はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。t、j、k、及びlは、1.6≦t≦2.4、0≦j≦1.2、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、j+k≠0、及び0.8≦(j+k+l)≦1.2を満たし、かつt+2j+2k+(M6の価数)×l=4を満たす数を示す。)
で表され、少なくともコバルト又はニッケルのいずれかを含むリチウム系ポリアニオン粒子(B)と、リチウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、かつ
リチウム複合酸化物二次粒子(A)の含有量と、リチウム系ポリアニオン粒子(B)の含有量との質量比((A):(B))が、95:5〜50:50であるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を提供するものである。
NaNia’Cob’Mnc’M3 x’O2・・・(III)
(式(III)中、M3はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a’、b’、c’、x’は、0.3≦a’<1、0<b’≦0.7、0<c’≦0.7、0≦x’≦0.3、かつ3a’+3b’+3c’+(M3の価数)×x’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(IV):
NaNid’Coe’Alf’M4 y’O2・・・(IV)
(式(IV)中、M4はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d’、e’、f’、y’は、0.4≦d’<1、0<e’≦0.6、0<f’≦0.3、0≦y’≦0.3、かつ3d’+3e’+3f’+(M4の価数)×y’=3を満たす数を示す。)
で表される、1種以上のナトリウム複合酸化物粒子からなるナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面及び内部空隙において、下記式(VII):
NawCog’Nih’M9 i’PO4・・・(VII)
(式(VII)中、M9はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。w、g’、h’、及びi’は、0.8≦w≦1.2、0≦g’≦1.2、0≦h’≦1.2、0≦i’≦0.3、g’+h’≠0、及び0.8≦(g’+h’+i’)≦1.2を満たし、かつw+2g’+2h’+(M9の価数)×i’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(VIII):
NaxCoj’Nik’M10 l’SiO4・・・(VIII)
(式(VIII)中、M10はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。x、j’、k’、及びl’は、1.6≦x≦2.4、0≦j’≦1.2、0≦k’≦1.2、0≦l’≦1.2、j’+k’≠0、及び0.8≦(j’+k’+l’)≦1.2を満たし、かつx+2j’+2k’+(M10の価数)×l’=4を満たす数を示す。)
で表され、少なくともコバルト又はニッケルのいずれかを含むナトリウム系ポリアニオン粒子(E)と、ナトリウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、かつ
ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の含有量と、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の含有量との質量比((D):(E))が、95:5〜50:50であるナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体を提供するものである。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体は、下記式(I):
LiNiaCobMncM1 xO2・・・(I)
(式(I)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(II):
LiNidCoeAlfM2 yO2・・・(II)
(式(II)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×y=3を満たす数を示す。)
で表される1種以上のリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面及び内部空隙において、下記式(V):
LisCogNihM5 iPO4・・・(V)
(式(V)中、M5はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。s、g、h、及びiは、0.8≦s≦1.2、0≦g≦1.2、0≦h≦1.2、0≦i≦0.3、g+h≠0、及び0.8≦(g+h+i)≦1.2を満たし、かつs+2g+2h+(M5の価数)×i=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(VI):
LitCojNikM6 lSiO4・・・(VI)
(式(VI)中、M6はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。t、j、k、及びlは、1.6≦t≦2.4、0≦j≦1.2、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、j+k≠0、及び0.8≦(j+k+l)≦1.2を満たし、かつt+2j+2k+(M6の価数)×l=4を満たす数を示す。)
で表され、少なくともコバルト又はニッケルのいずれかを含むリチウム系ポリアニオン粒子(B)と、リチウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、かつ
リチウム複合酸化物二次粒子(A)の含有量と、リチウム系ポリアニオン粒子(B)の含有量との質量比((A):(B))が、95:5〜50:50である。
NaNia’Cob’Mnc’M3 x’O2・・・(III)
(式(III)中、M3はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a’、b’、c’、x’は、0.3≦a’<1、0<b’≦0.7、0<c’≦0.7、0≦x’≦0.3、かつ3a’+3b’+3c’+(M3の価数)×x’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(IV):
NaNid’Coe’Alf’M4 y’O2・・・(IV)
(式(IV)中、M4はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d’、e’、f’、y’は、0.4≦d’<1、0<e’≦0.6、0<f’≦0.3、0≦y’≦0.3、かつ3d’+3e’+3f’+(M4の価数)×y’=3を満たす数を示す。)
で表される、1種以上のナトリウム複合酸化物粒子からなるナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面及び内部空隙において、下記式(VII):
NawCog’Nih’M9 i’PO4・・・(VII)
(式(VII)中、M9はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。w、g’、h’、及びi’は、0.8≦w≦1.2、0≦g’≦1.2、0≦h’≦1.2、0≦i’≦0.3、g’+h’≠0、及び0.8≦(g’+h’+i’)≦1.2を満たし、かつw+2g’+2h’+(M9の価数)×i’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(VIII):
NaxCoj’Nik’M10 l’SiO4・・・(VIII)
(式(VIII)中、M10はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。x、j’、k’、及びl’は、1.6≦x≦2.4、0≦j’≦1.2、0≦k’≦1.2、0≦l’≦1.2、j’+k’≠0、及び0.8≦(j’+k’+l’)≦1.2を満たし、かつx+2j’+2k’+(M10の価数)×l’=4を満たす数を示す。)
で表され、少なくともコバルト又はニッケルのいずれかを含むナトリウム系ポリアニオン粒子(E)と、ナトリウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、かつ
ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の含有量と、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の含有量との質量比((D):(E))が、95:5〜50:50である。
上記式(II)で表されるリチウムニッケル複合酸化物(いわゆるLi−Ni−Co−Al酸化物であり、以後「Li−NCA系複合酸化物」と称する。)粒子、及び上記式(IV)で表されるナトリウムニッケル複合酸化物(いわゆるNa−Ni−Co−Al酸化物であり、以後「Na−NCA系複合酸化物」と称する。また、Li−NCA系複合酸化物とNa−NCA系複合酸化物を「NCA系複合酸化物」と総称する。)粒子は、いずれも層状岩塩構造を有する粒子である。
これらの粒子は、凝集することによって、リチウム複合酸化物二次粒子(A)又はナトリウム複合酸化物二次粒子(D)を形成する。したがって、これら二次粒子についても、同様に「NCA系複合酸化物二次粒子」、「NCA系複合酸化物二次粒子」等と称する。
また、上記式(I)中のa、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×x=3を満たす数であり、上記式(III)中のa’、b’、c’、x’は、0.3≦a’<1、0<b’≦0.7、0<c’≦0.7、0≦x’≦0.3、かつ3a’+3b’+3c’+(M3の価数)×x’=3を満たす数を示すである。
上記式(I)で表されるLi−NCM系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、LiNi0.8Co0.1Mn 0.1O2、LiNi0.6Co0.2Mn 0.2O2、LiNi0.2Co0.4Mn0.4O2、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2、及びLiNi0.33Co0.31Mn0.33Zn0.03O2等からなる粒子が挙げられる。なかでも、放電容量を重視する場合には、LiNi0.8Co0.1Mn 0.1O2、LiNi0.6Co0.2Mn 0.2O2等のNi量の多い組成からなる粒子が好ましく、サイクル特性を重視する場合には、LiNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2等のNi量の少ない組成からなる粒子が好ましい。
また、上記式(III)で表されるNa−NCM系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばNaNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、NaNi0.8Co0.1Mn 0.1O2、NaNi0.6Co0.2Mn 0.2O2、NaNi0.2Co0.4Mn0.4O2、NaNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2、及びNaNi0.33Co0.31Mn0.33Zn0.03O2等からなる粒子が挙げられる。なかでも、放電容量を重視する場合には、NaNi0.8Co0.1Mn 0.1O2、NaNi0.6Co0.2Mn 0.2O2等のNi量の多い組成からなる粒子が好ましく、サイクル特性を重視する場合には、NaNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、NaNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2等のNi量の少ない組成からなる粒子が好ましい。
また、互いに組成が異なる2種以上の上記式(III)で表されるNa−NCM系複合酸化物粒子は、コア部(内部)とシェル部(表層部)とを有するコア−シェル構造のNa−NCA系複合酸化物二次粒子(D)を形成していてもよい。
さらに、シェル部は、コア部の外側に形成されてなるものであればよく、コア部同様に1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。
また、上記一次粒子が凝集して形成するNCM系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)の平均粒径は、好ましくは25μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。かかる二次粒子の平均粒径が25μm以下であると、高温サイクル特性に優れた電池を得ることができる。なお、上記二次粒子の平均粒径の下限値は特に限定されないが、ハンドリングの観点から1μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましい。
ここで、平均粒径とは、SEM又はTEMの電子顕微鏡による観察において、数十個の粒子の粒径(長軸の長さ)の測定値の平均値を意味する。
なお、本明細書において、NCM系複合酸化物二次粒子(A)又は(D)は、各々の二次粒子を形成してなる一次粒子のみを含み、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)を含まない。
また、かかるコア部の表面を被覆するシェル部を構成するLi−NCM系複合酸化物粒子の一次粒子としての平均粒径、又はNa−NCM系複合酸化物粒子の一次粒子としての平均粒径は、好ましくは50nm〜500nmであり、より好ましくは50nm〜300nmであって、かかる一次粒子が凝集して形成するシェル部の層厚は、好ましくは0.1μm〜5μmであり、より好ましくは0.1μm〜2.5μmである。
上記式(II)中のM2、又は上記式(IV)中のM4は、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。
また、上記式(II)中のd、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×y=3を満たす数であり、上記式(IV)中のd’、e’、f’、y’は、0.4≦d’<1、0<e’≦0.6、0<f’≦0.3、0≦y’≦0.3、かつ3d’+3e’+3f’+(M4の価数)×y’=3を満たす数である。
上記式(II)で表されるLi−NCA系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33Al0.34O2、LiNi0.8Co0.1Al0.1O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Zn0.03O2等からなる粒子が挙げられる。なかでもLiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2からなる粒子が好ましい。
また、上記式(IV)で表されるNa−NCA系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばNaNi0.33Co0.33Al0.34O2、NaNi0.8Co0.1Al0.1O2、NaNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2、NaNi0.8Co0.15Al0.03Zn0.03O2等からなる粒子が挙げられる。なかでもNaiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2からなる粒子が好ましい。
かかる平均粒径及び内部空隙率を有することで、上記式(II)又は式(IV)で表されるNCA系複合酸化物粒子からなる二次粒子(A)又は(D)の表面では、NCA系複合酸化物粒子とリチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)とが複合化して、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)が、かかる二次粒子の表面を被覆するように存在しているため、NCA系複合酸化物粒子に含まれる金属(Ni、Co、Al、M2又はM4)の溶出を効果的に抑制することができる。
水不溶性炭素粒子(C)とは、25℃の水100gに対する溶解量が、水不溶性炭素粒子の炭素原子換算量で0.4g未満である水不溶性の炭素材料であって、焼成等せずともそのもの自体が導電性を有するものである。かかる水不溶性炭素粒子(C)の材料としては、グラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、及びサーマルブラックから選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。なかでも、ハンドリング及び吸着水分量低減の観点から、グラファイトが好ましい。グラファイトとしては、人造グラファイト(鱗片状、塊状、土状、グラフェン)、天然グラファイトのいずれであってもよい。
また、リチウム複合酸化物二次粒子(A)又はナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の含有量と水不溶性炭素粒子(C)の含有量との質量比((A):(C)、又は(D):(C))は、99.9:0.1〜90:10が好ましく、98:2〜92:8がより好ましい。
リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面及び内部空隙において、リチウム複合酸化物粒子と複合化される、リチウム系ポリアニオン粒子(B)は、下記式(V):
LisCogNihM5 iPO4・・・(V)
(式(V)中、M5はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。s、g、h、及びiは、0.8≦s≦1.2、0≦g≦1.2、0≦h≦1.2、0≦i≦0.3、g+h≠0、及び0.8≦(g+h+i)≦1.2を満たし、かつs+2g+2h+(M5の価数)×i=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(VI):
LitCojNikM6 lSiO4・・・(VI)
(式(VI)中、M6はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。t、j、k、及びlは、1.6≦t≦2.4、0≦j≦1.2、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、j+k≠0、及び0.8≦(j+k+l)≦1.2を満たし、かつt+2j+2k+(M6の価数)×l=4を満たす数を示す。)
で表され、少なくともコバルト、又はニッケルのいずれかを含む化合物であり、良好なリチウムイオン伝導性をもたらし得る化合物である。リチウム系ポリアニオン粒子(B)のリチウムイオン伝導度は、1×10−7S/cm以上であることが好ましく、1×10−6S/cm以上であることがより好ましい。
なお、リチウム系ポリアニオン粒子(B)は、リチウム複合酸化物の一次粒子と複合化していてもよく、リチウム複合酸化物の一次粒子が凝集してなる二次粒子(A)の一部と直接複合化していてもよい。
また、上記式(VI)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子(B)としては、具体的には、例えばLi2CoSiO4、Li2Co0.5Ni0.5SiO4、Li2Co0.4Ni0.4Mn0.2SiO4、Li2Co0.4Ni0.4Fe0.2SiO4、Li2.2Co0.9SiO4、Li1.8Co1.1SiO4、Li2.2Co0.5Ni0.4SiO4等が挙げられる。なかでも、Li2CoSiO4、又はLi2Co0.4Ni0.4Mn0.2SiO4が好ましい。
さらに、シェル部は、コア部の外側に形成されてなるものであればよく、コア部同様に1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。
NawCog’Nih’M9 i’PO4・・・(VII)
(式(VII)中、M9はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。w、g’、h’、及びi’は、0.8≦w≦1.2、0≦g’≦1.2、0≦h’≦1.2、0≦i’≦0.3、g’+h’≠0、及び0.8≦(g’+h’+i’)≦1.2を満たし、かつw+2g’+2h’+(M9の価数)×i’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(VIII):
NaxCoj’Nik’M10 l’SiO4・・・(VIII)
(式(VIII)中、M10はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。x、j’、k’、及びl’は、1.6≦x≦2.4、0≦j’≦1.2、0≦k’≦1.2、0≦l’≦1.2、j’+k’≠0、及び0.8≦(j’+k’+l’)≦1.2を満たし、かつx+2j’+2k’+(M10の価数)×l’=4を満たす数を示す。)
で表され、少なくともコバルト、又はニッケルのいずれかを含む化合物であり、良好なナトリウムイオン伝導性をもたらし得る化合物である。ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)のナトリウムイオン伝導度は、1×10−7S/cm以上であることが好ましく、1×10−6S/cm以上であることがより好ましい。
なお、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)は、ナトリウム複合酸化物粒子である一次粒子と複合化していてもよく、ナトリウム複合酸化物粒子である一次粒子が凝集してなる二次粒子(D)の一部と直接複合化していてもよい。
さらに、上記式(VIII)で表されるナトリウム系ポリアニオン粒子(E)としては、具体的には、例えばNa2CoSiO4、Na2Co0.5Ni0.5SiO4、Na2Co0.4Ni0.4Mn0.2SiO4、Na2Co0.4Ni0.4Fe0.2SiO4、Li2.2Co0.9SiO4、Li1.8Co1.1SiO4、Li2.2Co0.5Ni0.4SiO4等が挙げられる。なかでも、Na2CoSiO4、又はNa2Co0.4Ni0.4Mn0.2SiO4が好ましい。
さらに、シェル部は、コア部の外側に形成されてなるものであればよく、コア部同様に1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。
なお、コア−シェル構造を形成してなるリチウム系ポリアニオン粒子(B)及びナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の平均粒径も上記と同様に、10nm〜500nmであって、好ましくは10nm〜300nmである。
また、上記ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の含有量と、上記ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の含有量との質量比((D):(E))は、95:5〜50:50であって、90:10〜50:50が好ましく、85:15〜50:50がより好ましい。
さらに、上記複合酸化物二次粒子(A)又は(D)中の、リチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)と、水不溶性炭素粒子(C)との質量比((B):(C)、又は(E):(C))は、95:5〜70:30が好ましく、90:10〜75:25がより好ましい。
(X)リチウム化合物又はナトリウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(I)又は式(III)の複合酸化物二次粒子(A)又は(D)を得るか、或いは
リチウム化合物又はナトリウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(II)又は式(IV)の複合酸化物二次粒子(A)又は(D)を得る工程、
(Y)リチウム化合物又はナトリウム化合物、コバルト化合物又はニッケル化合物の少なくとも1つ、及びリン酸化合物又はケイ酸化合物、並びに工程(X)で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A)、或いはナトリウム複合酸化物二次粒子(D)を水熱反応に付して、リチウム複合酸化物二次粒子(A)又はナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面及び内部空隙において、リチウム複合酸化物粒子又はナトリウム複合酸化物粒子とリチウム系ポリアニオン粒子(B)又はナトリウム系ポリアニオン粒子(E)とが複合化されたリチウム系複合物又はナトリウム系複合物を得る工程、及び
(Z)工程(Y)で得られたリチウム系複合物又はナトリウム系複合物を洗浄し、乾燥する工程
を備える。
この過程で、必要に応じて、さらに所望する複合酸化物の組成になるように、活物質材料を構成する層状のリチウム金属複合酸化物の一部を置換する金属元素(M1)として、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を混入させてもよい。
この2段階の焼成には、酸素雰囲気、除湿及び除炭酸処理を施した乾燥空気雰囲気等の酸素濃度が20質量%以上のガス雰囲気に調整した電気炉、ロータリーキルン、管状炉、プッシャー炉等を用いることができる。
式(II)の複合酸化物二次粒子(A)を得るには、原料化合物、例えば、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物を、所望する複合酸化物の組成となるように水に溶解させて水溶液A’を得る。かかるニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物としては、例えば、当該金属元素の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。具体的には、例えば、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸アルミニウム、酢酸ニッケル、酢酸コバルト、酢酸アルミニウム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。この過程で、必要に応じて、さらに所望する複合酸化物の組成になるように、活物質材料を構成する層状のリチウム金属複合酸化物の一部を置換する金属元素(M2)として、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を混入させてもよい。
金属複合酸化物を得るための焼成条件は、特に限定されるものではなく、例えば、大気雰囲気下、好ましくは500℃〜1100℃、より好ましくは600℃〜900℃の温度で焼成すればよい。
さらに、リチウム化合物の結晶水又は炭酸を取り除くために、NCM系複合酸化物と同様にして、2段階焼成するのが好ましく、その場合には、第一段階の仮焼成を400℃〜600℃で1時間以上行い、続いて第二段階の本焼成を650℃〜850℃で5時間以上行えばよい。
また、水洗に使用する水に炭酸ガスが多く含まれていると、炭酸リチウムが式(II)の複合酸化物二次粒子(A)に析出するため、水洗に用いる水の電気伝導率は、10μS/cm未満がこのましく、1μS/cm以下の水がより好ましい。
リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面及び内部空隙において、リチウム複合酸化物粒子とリチウム系ポリアニオン粒子(B)とが複合化されたリチウム系複合物を得る工程である。
さらに、窒素をパージする際、反応を良好に進行させる観点から、リン酸化合物又はケイ酸化合物を添加した後のスラリーa1を撹拌するのが好ましい。このときの撹拌速度は、好ましくは200rpm〜700rpmであり、より好ましくは250rpm〜600rpmである。
なお、コバルト化合物、ニッケル化合物、金属(M5又はM6)塩及びリチウム複合酸化物二次粒子(A)の添加順序は、特に限定されない。また、これらの金属塩を添加する際に、必要に応じて酸化防止剤を添加してもよい。かかる酸化防止剤としては、亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)、ハイドロサルファイトナトリウム(Na2S2O4)、アンモニア水等を使用することができる。酸化防止剤の添加量は、過剰に添加されることによりリチウム系ポリアニオン粒子(C)の生成が抑制されるのを防止する観点から、コバルト化合物、ニッケル化合物、金属(M5又はM6)塩の合計1モルに対し、好ましくは0.01モル〜1モルであり、より好ましくは0.03モル〜0.5モルである。
この工程を繰り返すことによって、2層以上の組成の異なるリチウム系ポリアニオン組成物からなる、同心円状の層構造を有するリチウム系ポリアニオン粒子(B)を得ることができる。
上記工程(Y)において、水熱反応に付した後に得られたスラリーを固液分離し、目的物であるリチウム系複合物を固形分として得る。固液分離に用いる装置としては、例えば、フィルタープレス機、遠心濾過機等が挙げられる。なかでも、効率的に固形分を得る観点から、フィルタープレス機を用いるのが好ましい。
(X’)リチウム化合物又はナトリウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びマンガン化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(I)又は式(III)のNCM系複合酸化物を得るか、或いは
リチウム化合物又はナトリウム化合物、ニッケル化合物、コバルト化合物、及びアルミニウム化合物を含有する混合粉体を焼成して、式(II)又は式(IV)のNCA系複合酸化物を得る工程、
(Y’)水不溶性炭素粒子(C)、リチウム化合物又はナトリウム化合物、コバルト化合物又はニッケル化合物の少なくとも1つ、及びリン酸化合物又はケイ酸化合物、並びに工程(I’)で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A)、又はナトリウム複合酸化物二次粒子(D)を水熱反応に付して、
リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面及び内部空隙において、リチウム複合酸化物粒子とリチウム系ポリアニオン粒子(B)とが複合化され、さらにリチウム複合酸化物二次粒子(A)の内部空隙に水不溶性炭素粒子(C)が包埋され、加えてリチウム複合酸化物の二次粒子(A)の表面に水不溶性炭素粒子(C)が担持されたリチウム系複合物、又は
ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面及び内部空隙において、ナトリウム複合酸化物粒子とナトリウム系ポリアニオン粒子(E)とが複合化され、さらにナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の内部空隙に水不溶性炭素粒子(C)が包埋され、加えてナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面に水不溶性炭素粒子(C)が担持されたナトリウム系複合物を得る工程、及び、
(Z’)工程(Y’)で得られたリチウム系複合物又はナトリウム系複合物を洗浄し、乾燥する工程
を備える。
水不溶性炭素粒子(C)を用いるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法において、上記工程(X’)は上記工程(X)と同様であるので、工程(Y’)以降について説明する。
すなわち、工程(Y’)は、リチウム化合物を含むスラリーa1’に、リン酸化合物又はケイ酸化合物を添加し、次いで少なくともコバルト化合物又はニッケル化合物を含む金属塩、及びリチウム複合酸化物二次粒子(A)と水不溶性炭素粒子(C)を添加してスラリーa2’を得た後に、スラリーa2’を水和反応に付する工程である。
Ni:Co:Mnのモル比が1:1:1となるように、硫酸ニッケル六水和物 263g、硫酸コバルト七水和物 281g、硫酸マンガン五水和物 241g、及び水 3Lを混合した後、かかる混合液に25%アンモニア水を、滴下速度300mL/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーA1を得た。
次いで、スラリーA1をろ過、乾燥して、金属複合水酸化物の混合物B1を得た後、かかる混合物B1に炭酸リチウム37gをボールミルで混合して粉末混合物C1を得た。
得られた粉末混合物C1を、空気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後、本焼成として空気雰囲気下で800℃×10時間焼成し、Li−NCM系複合酸化物(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の二次粒子を得た。(二次粒子の平均粒径:10μm)
以後、上記複合酸化物粒子をLi−NCM−1と称する。
Ni:Co:Mnのモル比が0.53:0.735:0.735となるように、硫酸ニッケル六水和物334g、硫酸コバルト七水和物159g、硫酸マンガン五水和物136g、及び水2.4Lを混合し、Ni−poor水溶液A2を得た。また、Ni:Co:Mnのモル比が0.9:0.05:0.05となるように、硫酸ニッケル六水和物142g、硫酸コバルト七水和物9g、硫酸マンガン五水和物7g及び水0.6Lを混合し、Ni−rich水溶液B2を得た。Ni−rich水溶液B2をポンプで撹拌しながら、25%アンモニア水を滴下速度300mL/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーC2を得た。得られたスラリーC2を撹拌しながら、Ni−poor水溶液A2全量を加え、かかるスラリーに25%アンモニア水を、滴下速度300mL/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーD2を得た。次いで、スラリーD2をろ過、乾燥して、金属複合水酸化物の混合物E2を得た後、かかる混合物E2に水酸化リチウム一水和物22gをボールミルで混合して粉末混合物F2を得た。得られた粉末混合物F2を、空気雰囲気下で840℃×10時間焼成し、NiならびにCo、Mnに濃度傾斜のついた(粒子の中心:Ni−rich、Co、Mn−poor)Li−NCM系複合酸化物(平均組成:LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)の二次粒子(平均粒径10μm)を得た。
以後、上記複合酸化物粒子をLi−NCM−2と称する。
Li:Ni:Co:Alのモル比が1:0.8:0.15:0.05となるように、炭酸リチウム370g、炭酸ニッケル950g、炭酸コバルト150g、炭酸アルミニウム58g、及び水3Lを混合した後、ボールミルで混合して粉末混合物A3を得た。得られた粉末混合物A3を、空気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後、本焼成として空気雰囲気下で800℃×24時間焼成し、NCA系複合酸化物(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の二次粒子を得た。(二次粒子の平均粒径:10μm)
以後、上記複合酸化物粒子をLi−NCAと称する。
LiOH・H2O 1272g、及び水 4Lを混合してスラリーA4を得た。スラリーA4を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液 1153gを35mL/分で滴下し、続いてセルロースナノファイバー(セリッシュ(登録商標)KY−100G、ダイセルファインケム製、繊維径4〜100nm)707gを添加して、攪拌速度400rpmで12時間撹拌して、リン酸三リチウムを含むスラリーB4を得た。次に、得られたスラリーB4全量に対し、CoSO4・7H2O 2108gを添加してスラリーC4を得た。
次いで、得られたスラリーC4をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して複合体D4を得た。得られた複合体D4を1000g分取し、これに水1Lを添加してスラリーE4とした後、スラリーE4を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた。
均一な呈色を示すスラリーE4を、スプレードライ装置(MDL−050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライに付した後、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、1.2質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子LiCoPO4(炭素の量=1.2質量%)を得た。(一次粒子の平均粒径:100nm)
以後、上記リチウム系ポリアニオン粒子をLCP/C−1と称する。
LiOH・H2O 428g、Na4SiO4・nH2O 1397g、及び水 3.75Lを混合してスラリーA5を得た。スラリーA5に、CoSO4・7H2O 1054g、セルロースナノファイバー(セリッシュ(登録商標)KY−100G)784gを添加後、撹拌して、スラリーB5を得た。
次いで、得られたスラリーB5をオートクレーブに投入し、150℃で12時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して複合体C5を得た。得られた複合体C5を500g分取し、これに水500mLを添加してスラリーD5とした後、スラリーD5を超音波攪拌機(T25)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた。
均一な呈色を示すスラリーD5を、スプレードライ装置(MDL−050M)を用いてスプレードライに付した後、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、650℃で1時間焼成して、3.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子Li2CoSiO4(炭素の量=3.0質量%)を得た。(一次粒子の平均粒径:40nm)
以後、上記リチウム系ポリアニオン粒子をLCS/C−1と称する。
Li2CO3519g、(NH4)3PO4・3H2O 2402g、Co(CH3COO)2・4H2O 2644g及び水4Lをボールミルで混合し、スラリーA6を得た。次いで、スラリーA6をろ過、乾燥して、粉末混合物B6を得た。得られた粉末混合物B6を、N2雰囲気下で700℃×10時間焼成した。得られた複合体C5を1000g分取し、これにセルロースナノファイバー(Wma−10002、スギノマシン社製、繊維径4nm〜20nm)224g、水1Lを添加して、スラリーD6を得た。得られたスラリーD6を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL−050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライに付して造粒体E6を得た。得られた造粒体E6を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリン酸コバルトリチウム粒子(Li1.2Co0.9PO4、炭素の量=2.0質量%、平均粒径:100nm)を得た。
以後、上記リチウム系ポリアニオン粒子をLCP/C−2と称する。
Li2CO3930g、ケイ酸 1100g、Mn(CH3COO)2・4H2O 2585g及び水3.75Lをボールミルで混合し、スラリーA7を得た。次いで、スラリーA7をろ過、乾燥して、粉末混合物B7を得た。得られた粉末混合物B7を、N2雰囲気下で700℃×10時間焼成した。固相反応後、生成した結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して複合体C7を得た。得られた複合体C7を500g分取し、これにセルロースナノファイバー(Wma−10002、スギノマシン社製、繊維径4nm〜20nm)112g、水500mLを添加して、スラリーD7を得た。得られたスラリーD7を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL−050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライに付して造粒体E7を得た。得られた造粒体E7を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、650℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたケイ酸鉄コバルトリチウム粒子(Li2.2Co0.9SiO4、炭素の量=2.0質量%、平均粒径:50nm)を得た。
以後、上記リチウム系ポリアニオン粒子をLCS/C−2と称する。
Ni:Co:Mnのモル比が1:1:1となるように、硫酸ニッケル六水和物 263g、硫酸コバルト七水和物 281g、硫酸マンガン五水和物 241g、及び水 3Lを混合した後、かかる混合液に25%アンモニア水を、滴下速度300mL/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーA8を得た。
次いで、スラリーA8に、炭酸ナトリウム 53gを混合して得たスラリーB8をろ過し、乾燥して得た紛体を、空気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後、本焼成として空気雰囲気下で800℃×10時間焼成し、Na−NCM系複合酸化物(NaNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の二次粒子を得た。(二次粒子の平均粒径:10μm)
以後、上記複合酸化物粒子をNa−NCM−1と称する。
Ni:Co:Mnのモル比が0.53:0.735:0.735となるように、硫酸ニッケル六水和物334g、硫酸コバルト七水和物159g、硫酸マンガン五水和物136g、及び水2.4Lを混合し、Ni−poor水溶液A9を得た。また、Ni:Co:Mnのモル比が0.9:0.05:0.05となるように、硫酸ニッケル六水和物142g、硫酸コバルト七水和物9g、硫酸マンガン五水和物7g及び水0.6Lを混合し、Ni−rich水溶液B9を得た。Ni−rich水溶液B9をポンプで撹拌しながら、25%アンモニア水を滴下速度300mL/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーC9を得た。得られたスラリーC9を撹拌しながら、Ni−poor水溶液A9全量を加え、かかるスラリーに25%アンモニア水を、滴下速度300mL/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーD9を得た。次いで、スラリーD9をろ過、乾燥して、金属複合水酸化物の混合物E9を得た後、かかる混合物E9に水酸化ナトリウム21gをボールミルで混合して粉末混合物F9を得た。得られた粉末混合物F9を、空気雰囲気下で840℃×10時間焼成し、NiならびにCo、Mnに濃度傾斜のついた(粒子の中心:Ni−rich、Co、Mn−poor)Na−NCM系複合酸化物(平均組成:NaNi0.6Co0.2Mn0.2O2)の二次粒子(平均粒径10μm)を得た。
以後、上記複合酸化物粒子をNa−NCM−2と称する。
Na:Ni:Co:Alのモル比が1:0.8:0.15:0.05となるように、炭酸ナトリウム530g、炭酸ニッケル950g、炭酸コバルト150g、炭酸アルミニウム58g、及び水3Lを混合した後、ボールミルで混合して粉末混合物A10を得た。得られた粉末混合物A10を、空気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後、本焼成として空気雰囲気下で800℃×24時間焼成し、NCA系複合酸化物(NaNi0.8Co0.15Al0.05O2)の二次粒子を得た。(二次粒子の平均粒径:10μm)
以後、上記複合酸化物粒子をNa−NCAと称する。
NaOH 1213g、及び水 4Lを混合してスラリーA11を得た。スラリーA11を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液 1153gを35mL/分で滴下し、続いてセルロースナノファイバー(セリッシュ(登録商標)KY−100G)707gを添加して、攪拌速度400rpmで12時間撹拌して、リン酸三ナトリウムを含むスラリーB11を得た。次に、得られたスラリーB11全量に対し、CoSO4・7H2O 2108gを添加してスラリーC11を得た。
次いで、得られたスラリーC11をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して複合体D11を得た。得られた複合体D11を1000g分取し、これに水1Lを添加してスラリーE11とした後、スラリーE11を超音波攪拌機(T25)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた。
均一な呈色を示すスラリーE11を、スプレードライ装置(MDL−050M)を用いてスプレードライに付した後、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、1.2質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたNaCoPO4粒子(炭素の量=1.2質量%)を得た。(一次粒子の平均粒径:100nm)
以後、上記ナトリウム系ポリアニオン粒子をNCP/C−1と称する。
NaOH 408g、Na4SiO4・nH2O 1397g、及び水 3.75Lを混合してスラリーA12を得た。スラリーA12に、CoSO4・7H2O 1054g、セルロースナノファイバー(セリッシュ(登録商標)KY−100G)784gを添加後、撹拌して、スラリーB12を得た。
次いで、得られたスラリーB12をオートクレーブに投入し、150℃で12時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して複合体C12を得た。得られた複合体C12を500g分取し、これに水500mLを添加してスラリーD12とした後、スラリーD12を超音波攪拌機(T25)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた。
均一な呈色を示すスラリーD12を、スプレードライ装置(MDL−050M)を用いてスプレードライに付した後、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、650℃で1時間焼成して、3.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたNa2CoSiO4粒子(炭素の量=3.0質量%)を得た。(一次粒子の平均粒径:40nm)
以後、上記ナトリウム系ポリアニオン粒子をNCS/C−1と称する。
Na2CO3744g、(NH4)3PO4・3H2O 2402g、Co(CH3COO)2・4H2O 2643g、及び水4Lをボールミルで混合し、スラリーA13を得た。次いで、スラリーA13をろ過、乾燥して、粉末混合物B13を得た。得られた粉末混合物B11を、N2雰囲気下で700℃×10時間焼成した。得られた複合体C13を1000g分取し、これにセルロースナノファイバー(Wma−10002、スギノマシン社製、繊維径4〜20nm)224g、水1Lを添加して、スラリーD13を得た。得られたスラリーD13を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL−050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライに付して造粒体E13を得た。得られた造粒体E13を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリン酸コバルトナトリウム粒子(Na1.2Co0.9PO4、炭素の量=2.0質量%、平均粒径:100nm)を得た。
以後、上記ナトリウム系ポリアニオン粒子をNCP/C−2と称する。
Na2CO31334g、ケイ酸 1100g、Mn(CH3COO)2・4H2O 2585g、及び水3.75Lをボールミルで混合し、スラリーA14を得た。次いで、スラリーA14をろ過、乾燥して、粉末混合物B14を得た。得られた粉末混合物B14を、N2雰囲気下で700℃×10時間焼成した。得られた複合体C14を500g分取し、これにセルロースナノファイバー(Wma−10002、スギノマシン社製、繊維径4〜20nm)112g、水500mLを添加して、スラリーD14を得た。得られたスラリーD14を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL−050M、藤崎電機株式会社製)を用いてスプレードライに付して造粒体E14を得た。得られた造粒体E14を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、650℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたケイ酸コバルトナトリウム粒子(Na2.2Co0.9SiO4、炭素の量=2.0質量%、平均粒径:50nm)を得た。
以後、上記ナトリウム系ポリアニオン粒子をNCS/C−2と称する。
LiOH・H2O 0.64g、及び水 30mLを混合してスラリーa1を得た。スラリーa1を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液 0.57gを35mL/分で滴下し、攪拌速度400rpmで12時間撹拌して、リン酸三リチウムを含むスラリーb1を得た。次に、得られたスラリーb1全量に対し、CoSO4・7H2O 1.41g、及び製造例1で得られたLi−NCM−1 15.7gを添加して、スラリーc1を得た。
次いで、得られたスラリーc1をオートクレーブに投入し、150℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して、二次粒子の表面及び内部空隙において、Li−NCM−1とLiCoPO4とが複合化してなる複合体(Li−NCM−1/LiCoPO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
LiOH・H2O 0.21g、Na4SiO4・nH2O 0.69g、製造例1で得られたLi−NCM−1 8.0g及び水 30mLを混合してスラリーa2を得た。スラリーa2に、CoSO4・7H2O 0.70gを添加後、撹拌して、スラリーb2を得た。
次いで、得られたスラリーb2をオートクレーブに投入し、150℃で12時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して、二次粒子の表面及び内部空隙において、Li−NCM−1とLi2CoSiO4とが複合化してなるLi−NCM−1とLi2CoSiO4の複合体(Li−NCM−1/Li2CoSiO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
Li−NCM−1の代わりに製造例2で得たLi−NCM−2 15.7gを用いた以外、実施例1と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Li−NCM−2とLiCoPO4とが複合化してなるLi−NCM−2とLiCoPO4の複合体(Li−NCM−2/LiCoPO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
Li−NCM−1の代わりに製造例2で得たLi−NCM−2 8.0gを用いた以外、実施例2と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Li−NCM−2とLi2CoSiO4とが複合化してなるLi−NCM−2とLi2CoSiO4の複合体(Li−NCM−2/Li2CoSiO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
LiOH・H2Oを0.77gとした以外、実施例1と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Li−NCM−1とLi1.2Co0.9PO4とが複合化してなるLi−NCM−1とLi1.2Co0.9PO4の複合体(Li−NCM−1/Li1.2Co0.9PO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
LiOH・H2Oを0.23gとした以外、実施例2と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Li−NCM−1とLi2.2Co0.9PO4とが複合化してなるLi−NCM−1とLi2.2Co0.9PO4の複合体(Li−NCM−1/Li2.2Co0.9PO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
LiOH・H2O 0.64g、及び水 30mLを混合してスラリーa7を得た。スラリーa7を、25℃の温度に保持しながら2〜3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液 0.57gを35mL/分で滴下し、12時間、速度400rpmで撹拌することによりリン酸三リチウム混合液b7を得た。次に、得られたリン酸三リチウムを含有する混合液b7全量に対し、CoSO4・7H2O 1.41gおよび製造例3で得たLi−NCA 15.7gを添加して、混合液c7を得た。
次いで、得られた混合液c7をオートクレーブに投入し、150℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して二次粒子の表面及び内部空隙において、Li−NCAとLiCoPO4とが複合化してなる複合体(Li−NCA/LiCoPO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
LiOH・H2O 0.21g、Na4SiO4・nH2O 0.69g、及び製造例3のLi−NCA 8.00gに超純水 30mLを混合してスラリーa8を得た。スラリーa8に、CoSO4・7H2O 0.70gを添加し、混合して混合液b8を得た。
次いで、得られた混合液b8をオートクレーブに投入し、150℃で12時間水熱反応を行った。オートクレーブの圧力は0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して、二次粒子の表面及び内部空隙において、Li−NCAとLi2CoSiO4とが複合化してなるLi−NCAとLi2CoSiO4の複合体(Li−NCA/Li2CoSiO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
Li−NCM−1 を7.85gとして、製造例3で得たLi−NCA 7.85g用いた以外、実施例1と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Li−NCM−1、Li−NCA及びLiCoPO4とが複合化してなるLi−NCM−1、Li−NCA及びLiCoPO4の複合体(Li−NCM−1/Li−NCA/LiCoPO4=47.5/47.5/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
Li−NCM−1 を4gとして、製造例3で得たLi−NCA 4g用いた以外、実施例2と同様にして、Li−NCM−1、Li−NCA及びLi2CoSiO4とが複合化してなるLi−NCM−1、Li−NCA及びLi2CoSiO4の複合体(Li−NCM−1/Li−NCA/Li2CoSiO4=47.5/47.5/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
NaOH 0.61g、及び水 30mLを混合してスラリーa11を得た。スラリーa11を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液 0.57gを35mL/分で滴下し、攪拌速度400rpmで12時間撹拌して、リン酸三ナトリウムを含むスラリーb11を得た。次に、得られたスラリーb11全量に対し、CoSO4・7H2O 1.41g、及び製造例8で得られたNa−NCM−1 15.7gを添加して、スラリーc11を得た。
次いで、得られたスラリーc11をオートクレーブに投入し、150℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して、二次粒子の表面及び内部空隙において、Na−NCM−1とNaCoPO4とが複合化してなる複合体(Na−NCM−1/NaCoPO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
NaOH 0.20g、Na4SiO4・nH2O 0.69g、製造例8で得られたNa−NCM−1 8.0g及び水 30mLを混合してスラリーa2を得た。スラリーa2に、CoSO4・7H2O 0.70gを添加後、撹拌して、スラリーb2を得た。
次いで、得られたスラリーb2をオートクレーブに投入し、150℃で12時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して、二次粒子の表面及び内部空隙において、Na−NCM−1とNa2CoSiO4とが複合化してなるLi−NCM−1とNa2CoSiO4の複合体(Li−NCM−1/Na2CoSiO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
Na−NCM−1の代わりに製造例9で得たNa−NCM−2 15.7gを用いた以外、実施例11と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Na−NCM−2とNaCoPO4とが複合化してなるNa−NCM−2とNaCoPO4の複合体(Na−NCM−2/NaCoPO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
Na−NCM−1の代わりに製造例9で得たNa−NCM−2 8.0gを用いた以外、実施例12と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Na−NCM−2とNa2CoSiO4とが複合化してなるNa−NCM−2とNa2CoSiO4の複合体(Na−NCM−2/Na2CoSiO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
NaOHを0.73gとした以外、実施例11と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Na−NCM−1とNa1.2Co0.9PO4とが複合化してなるNa−NCM−1とNa1.2Co0.9PO4の複合体(Na−NCM−1/Na1.2Co0.9PO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
NaOHを0.22gとした以外、実施例12と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Na−NCM−1とNa2.2Co0.9PO4とが複合化してなるNa−NCM−1とNa2.2Co0.9PO4の複合体(Na−NCM−1/Na2.2Co0.9PO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
NaOH0.61g、及び水30mLを混合してスラリーa17を得た。スラリーa17を、25℃の温度に保持しながら2〜3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液 0.57gを35mL/分で滴下し、12時間、速度400rpmで撹拌することによりリン酸三ナトリウム混合液b17を得た。次に、得られたリン酸三ナトリウムを含有する混合液b17全量に対し、CoSO4・7H2O 1.41gおよび製造例10で得たNa−NCA 15.7gを添加して、混合液c17を得た。
次いで、得られた混合液c17をオートクレーブに投入し、150℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して二次粒子の表面及び内部空隙において、Na−NCAとNaCoPO4とが複合化してなる複合体(Na−NCA/NaCoPO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
NaOH0.20g、Na4SiO4・nH2O 0.69g、及び製造例10のNa−NCA 8gに超純水 30mLを混合してスラリーa18を得た。スラリーa18に、CoSO4・7H2O 0.70gを添加し、混合して混合液b18を得た。
次いで、得られた混合液b18をオートクレーブに投入し、150℃で12時間水熱反応を行った。オートクレーブの圧力は0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して、二次粒子の表面及び内部空隙において、Na−NCAとNa2CoSiO4とが複合化してなるNa−NCAとNa2CoSiO4の複合体(Na−NCA/Na2CoSiO4=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
Na−NCM−1 を7.85gとして、製造例10で得たNa−NCA 7.85g用いた以外、実施例11と同様にして、二次粒子の表面及び内部空隙において、Na−NCM−1、Na−NCA及びNaCoPO4とが複合化してなるNa−NCM−1、Na−NCA及びNaCoPO4の複合体(Na−NCM−1/Na−NCA/NaCoPO4=47.5/47.5/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
Na−NCM−1 を4gとして、製造例10で得たNa−NCA 4g用いた以外、実施例12と同様にして、Na−NCM−1、Na−NCA及びNa2CoSiO4とが複合化してなるNa−NCM−1、Na−NCA及びNa2CoSiO4の複合体(Na−NCM−1/Na−NCA/Na2CoSiO4=47.5/47.5/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:11μm)
製造例1で得たLi−NCM−1 475gと、製造例4で得られたLCP/C−1 25gを、ノビルタ(ホソカワミクロン社製、NOB130)を用いて、20m/s(3000rpm)で5分間、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCM−1とLCP/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCM−1/LCP/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
LCP/C−1の代わりに、製造例5で得られたLCS/C−1を用いた以外、比較例1と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCM−1とLCS/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCM−1/LCS/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Li−NCM−1の代わりに、製造例2で得たLi−NCM−2を用いた以外、比較例1と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCM−2とLCP/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCM−2/LCP/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Li−NCM−1の代わりに、製造例2で得たLi−NCM−2を用い、LCP/C−1の代わりに、製造例5で得られたLCS/C−1を用いた以外、比較例1と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCM−2とLCS/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCM−2/LCS/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
LCP/C−1の代わりに、製造例6で得られたLCP/C−2を用いた以外、比較例1と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCM−1とLCP/C−2とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCM−1/LCP/C−2=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
LCP/C−1の代わりに、製造例7で得られたLCS/C−2を用いた以外、比較例1と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCM−1とLCS/C−2とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCM−1/LCS/C−2=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Li−NCM−1の代わりに、製造例3で得たLi−NCAを用いた以外、比較例1と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCAとLCP/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCA/LCP/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Li−NCM−1の代わりに、製造例3で得たLi−NCAを用い、LCP/C−1の代わりに、製造例5で得られたLCS/C−1を用いた以外、比較例1と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCAとLCS/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCA/LCS/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Li−NCM−1を237.5gとして、製造例3で得たLi−NCAを237.5g用いた以外、比較例1と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCM−1、Li−NCA、及びLCP/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCM−1/Li−NCA/LCP/C−1=47.5/47.5/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Li−NCM−1を237.5gとして、製造例3で得たLi−NCAを237.5g用い、LCP/C−1の代わりに、製造例5で得られたLCS/C−1を用いた以外、比較例1と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Li−NCM−1、Li−NCA、及びLCS/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Li−NCM−1/Li−NCA/LCS/C−11=47.5/47.5/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
製造例8で得たNa−NCM−1 475gと、製造例11で得られたNCP/C−1 25gを、ノビルタ(ホソカワミクロン社製、NOB130)を用いて、20m/s(3000rpm)で5分間、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCM−1とNCP/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCM−1/NCP/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
NCP/C−1の代わりに、製造例12で得られたNCS/C−1を用いた以外、比較例11と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCM−1とNCS/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCM−1/NCS/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Na−NCM−1の代わりに、製造例9で得たNa−NCM−2を用いた以外、比較例11と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCM−2とNCP/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCM−2/NCP/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Na−NCM−1の代わりに、製造例9で得たNa−NCM−2を用い、NCP/C−1の代わりに、製造例12で得られたNCS/C−1を用いた以外、比較例11と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCM−2とNCS/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCM−2/NCS/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
NCP/C−1の代わりに、製造例13で得られたNCP/C−2を用いた以外、比較例11と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCM−1とNCP/C−2とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCM−1/NCP/C−2=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
NCP/C−1の代わりに、製造例14で得られたNCS/C−2を用いた以外、比較例11と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCM−1とNCS/C−2とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCM−1/NCS/C−2=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Na−NCM−1の代わりに、製造例10で得たNa−NCAを用いた以外、比較例11と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCAとNCP/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCA/NCP/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Na−NCM−1の代わりに、製造例10で得たNa−NCAを用い、NCP/C−1の代わりに、製造例12で得られたNCS/C−1を用いた以外、比較例11と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCAとNCS/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCA/NCS/C−1=95/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Na−NCM−1を237.5gとして、製造例10で得たNa−NCAを237.5g用いた以外、比較例11と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCM−1、Na−NCA、及びNCP/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCM−1/Na−NCA/NCP/C−1=47.5/47.5/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
Na−NCM−1を237.5gとして、製造例10で得たNa−NCAを237.5g用い、NCP/C−1の代わりに、製造例12で得られたNCS/C−1を用いた以外、比較例11と同様にして、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、Na−NCM−1、Na−NCA、及びNCS/C−1とが互いの表面のみにおいて複合化してなる凝集体(Na−NCM−1/Na−NCA/NCS/C−11=47.5/47.5/5)を得た。(二次粒子の平均粒径:13μm)
実施例1〜20の複合体、及び比較例1〜20の凝集体を用いてX線光電子分光にて測定を行い、それらの表面に存在する材料を解析した。具体的には、得られたX線光電子分光スペクトルにおけるNCM系複合酸化物由来のNi2p3/2のピークを解析した得られる3価のNiに相当するピーク強度aを、ポリアニオン由来のP2p又はSi2pのピーク強度bで割ったピーク強度比a/bを算出した。結果を表1及び表2に示す。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体につき、複合酸化物の二次粒子の表面及び内部空隙において、複合酸化物粒子とポリアニオン粒子とが複合化されていることを確認した。具体的には、実施例1及び実施例2のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体粒子の断面について、TEM−EDX(日本電子株式会社製JEM−ARM200F)による元素分布の分析を行った。
実施例1のTEM写真と元素分布図を図1に、実施例2のTEM写真と元素分布図を図2に示す。
実施例1〜20の複合体、及び比較例1〜20の凝集体を正極材料として用い、リチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られた実施例1〜20の複合体、又は比較例1〜20の凝集体、ケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比90:5:5の配合割合で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
次いで、上記正極を用いてコイン型二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔(リチウムイオン二次電池の場合)又はナトリウム箔(ナトリウムイオン電池の場合)を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比3:7の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6(リチウムイオン二次電池の場合)又はNaPF6(ナトリウムイオン二次電池の場合)を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンなどの高分子多孔フィルムなど、公知のものを用いた。これらの電池部品を露点が−50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型二次電池(CR−2032)を得た。
その後、かかる二次電池を解体し、取り出した正極を炭酸ジメチルで洗浄後、電解液に浸した。このときの電解液は、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6(リチウムイオン二次電池の場合)又はNaPF6(ナトリウムイオン二次電池の場合)を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。正極を浸した電解液を密閉容器に入れ、70℃で1週間静置した。
静置後、正極を取り出した電解液を0.45μmのディスミックフィルタで濾過し、硝酸により酸分解した。酸分解した電解液に含まれるLi−NCM系複合酸化物又はNa−NCM系複合酸化物由来のMn、Co、Niを、ICP発光分光法を用いて定量した。結果を表3及び表4に示す。
上記の電解液への金属溶出量の評価で製造した二次電池を用いて、高温サイクル特性を評価した。具体的には、充電条件を電流0.5CA(リチウムイオン二次電池の場合は85mA/g、ナトリウムイオン二次電池の場合は77mA/g)、電圧4.25Vの定電流充電とし、放電条件を0.5CA、終止電圧3.0Vの定電流放電とし、0.5CAにおける放電容量を求めた。さらに、同じ充放電条件の100サイクル繰り返し試験を行い、下記式(1)により容量保持率(%)を求めた。なお、充放電試験は全て45℃で行った。
結果を表5及び表6に示す。
容量保持率(%)=(100サイクル後の放電容量)/(1サイクル後の放電容量)
×100 ・・・(1)
さらに、表3及び表4から明らかなように、実施例で得られた複合体を正極材料として使用したリチウムイオン二次電池及びナトリウムイオン二次電池は、電極から電解液への金属の溶出量が少なく、安全性においても優れていることがわかる。
Claims (21)
- 下記式(I):
LiNiaCobMncM1 xO2・・・(I)
(式(I)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、xは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦x≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(II):
LiNidCoeAlfM2 yO2・・・(II)
(式(II)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、yは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦y≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×y=3を満たす数を示す。)
で表される1種以上のリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面及び内部空隙において、下記式(V):
LisCogNihM5 iPO4・・・(V)
(式(V)中、M5はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。s、g、h、及びiは、0.8≦s≦1.2、0≦g≦1.2、0≦h≦1.2、0≦i≦0.3、g+h≠0、及び0.8≦(g+h+i)≦1.2を満たし、かつs+2g+2h+(M5の価数)×i=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(VI):
LitCojNikM6 lSiO4・・・(VI)
(式(VI)中、M6はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。t、j、k、及びlは、1.6≦t≦2.4、0≦j≦1.2、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、j+k≠0、及び0.8≦(j+k+l)≦1.2を満たし、かつt+2j+2k+(M6の価数)×l=4を満たす数を示す。)
で表され、少なくともコバルト又はニッケルのいずれかを含むリチウム系ポリアニオン粒子(B)と、リチウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、かつ
リチウム複合酸化物二次粒子(A)の含有量と、リチウム系ポリアニオン粒子(B)の含有量との質量比((A):(B))が、95:5〜50:50であるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。 - リチウム複合酸化物二次粒子(A)が、互いに組成が異なる2種以上の式(I)で表されるリチウム複合酸化物粒子によって、コア部とシェル部とを有するコア−シェル構造を形成してなる請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- さらに、水不溶性炭素粒子(C)が、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の内部空隙に包埋されてなるとともにリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に担持してなり、かつ
リチウム複合酸化物二次粒子(A)の含有量と、リチウム系ポリアニオン粒子(B)及び水不溶性炭素粒子(C)の合計含有量との質量比((A):((B)+(C)))が、95:5〜50:50である請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。 - リチウム系ポリアニオン粒子(B)の含有量と、水不溶性炭素粒子(C)の含有量との質量比((B):(C))が、95:5〜70:30である請求項3に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- リチウム複合酸化物二次粒子(A)の平均粒径が、1μm〜25μmである請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- リチウム系ポリアニオン粒子(B)のリチウムイオン伝導度が、1×10−7S/cm以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- 下記式(III):
NaNia’Cob’Mnc’M3 p’O2・・・(III)
(式(III)中、M3はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Al、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a’、b’、c’、p’は、0.3≦a’<1、0<b’≦0.7、0<c’≦0.7、0≦p’≦0.3、かつ3a’+3b’+3c’+(M3の価数)×p’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(IV):
NaNid’Coe’Alf’M4 q’O2・・・(IV)
(式(IV)中、M4はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d’、e’、f’、q’は、0.4≦d’<1、0<e’≦0.6、0<f’≦0.3、0≦q’≦0.3、かつ3d’+3e’+3f’+(M4の価数)×q’=3を満たす数を示す。)
で表される、1種以上のナトリウム複合酸化物粒子からなるナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面及び内部空隙において、下記式(VII):
NawCog’Nih’M9 i’PO4・・・(VII)
(式(VII)中、M9はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。w、g’、h’、及びi’は、0.8≦w≦1.2、0≦g’≦1.2、0≦h’≦1.2、0≦i’≦0.3、g’+h’≠0、及び0.8≦(g’+h’+i’)≦1.2を満たし、かつw+2g’+2h’+(M9の価数)×i’=3を満たす数を示す。)
又は、下記式(VIII):
NaxCoj’Nik’M10 l’SiO4・・・(VIII)
(式(VIII)中、M10はFe、Mn、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。x、j’、k’、及びl’は、1.6≦x≦2.4、0≦j’≦1.2、0≦k’≦1.2、0≦l’≦1.2、j’+k’≠0、及び0.8≦(j’+k’+l’)≦1.2を満たし、かつx+2j’+2k’+(M10の価数)×l’=4を満たす数を示す。)
で表され、少なくともコバルト又はニッケルのいずれかを含むナトリウム系ポリアニオン粒子(E)と、ナトリウム複合酸化物粒子とが複合化してなり、かつ
ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の含有量と、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の含有量との質量比((D):(E))が、95:5〜50:50であるナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体。 - ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)が、互いに組成が異なる2種以上の式(III)で表されるナトリウム複合酸化物粒子によって、コア部とシェル部とを有するコア−シェル構造を形成してなる請求項7に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- さらに、水不溶性炭素粒子(C)が、ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の内部空隙に包埋されてなるとともにナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面に担持してなり、かつ
ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の含有量と、ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)及び水不溶性炭素粒子(C)の合計含有量との質量比((D):((E)+(C)))が、95:5〜50:50である請求項7又は8に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体。 - ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)の含有量と、水不溶性炭素粒子(C)の含有量との質量比((E):(C))が、95:5〜70:30である請求項9に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の平均粒径が、1μm〜25μmである請求項7〜10のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- ナトリウム系ポリアニオン粒子(E)のリチウムイオン伝導度が、1×10−7S/cm以上である請求項7〜11のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- X線光電子分光法によるピーク強度比(Ni2p3/2の3価のNiのピーク強度)/(P2pのピーク強度)又は(Ni2p3/2のピーク強度)/(Si2pのピーク強度)が、0.1以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体、又は請求項7〜12のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- X線光電子分光法によるピーク強度比(Ni2p3/2の3価のNiのピーク強度)/((P2pのピーク強度)+(C1sのピーク強度))又は(Ni2p3/2の3価のNiピーク強度)/((Si2pのピーク強度)+(C1sのピーク強度))が、0.1以下である請求項3〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体、又は請求項9〜12のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- 請求項13又は14に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を正極材料として含むリチウムイオン二次電池、或いは請求項13又は14に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体を正極材料として含むナトリウムイオン二次電池。
- リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面及び内部空隙において、リチウム複合酸化物粒子とリチウム系ポリアニオン粒子(B)とを複合化する工程を備える請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
- リチウム複合酸化物二次粒子(A)の内部空隙に水不溶性炭素粒子(C)を包埋するとともに、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に水不溶性炭素粒子(C)を担持する工程を備える請求項3〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
- 複合化する工程が、水熱合成法を用いて行う工程である請求項16又は17に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
- ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面及び内部空隙において、ナトリウム複合酸化物粒子とナトリウム系ポリアニオン粒子(E)とを複合化する工程を備える請求項7〜12のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
- ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の内部空隙に水不溶性炭素粒子(C)を包埋するとともに、ナトリウム複合酸化物二次粒子(D)の表面に水不溶性炭素粒子(C)を担持する工程を備える請求項9〜12のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
- 複合化する工程が、水熱合成法を用いて行う工程である請求項19又は20に記載のナトリウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
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