JP2020070211A - リチウムニッケル含有複合酸化物とその製造方法、および、該リチウムニッケル含有複合酸化物を母材として用いたリチウムイオン二次電池用正極活物質とその製造方法 - Google Patents
リチウムニッケル含有複合酸化物とその製造方法、および、該リチウムニッケル含有複合酸化物を母材として用いたリチウムイオン二次電池用正極活物質とその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得た後、該リチウム混合物を、酸素濃度が80%以上の酸化性雰囲気下において、700℃以上の焼成温度で、焼成し、一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなるリチウムニッケル含有複合酸化物を調製し、その後、該リチウムニッケル含有複合酸化物を室温まで冷却する、焼成工程を備え、
前記リチウムニッケル含有複合酸化物の冷却時において、650℃以上の温度範囲において、酸素濃度を75%以上、95%以下に維持し、かつ、650℃から425℃までの温度範囲において、酸素濃度を45%以上、95%以下に維持することを特徴とする。
一般式:LiaNi1−x―yCoxMyO2・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦a≦1.11、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、および、x+y≦0.20である。)
からなる組成を有することが好ましい。
該リチウムニッケル含有複合酸化物は、
一般式:LiaNi1−x―yCoxMyO2・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦a≦1.11、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、および、x+y≦0.20である。)
からなる組成を有することが好ましい。
本発明の第1の態様の製造方法で得られたリチウムニッケル含有複合酸化物、すなわち、本発明の第2の態様のリチウムニッケル含有複合酸化物を用いて、該リチウムニッケル含有複合酸化物の量が、水1Lに対して700g〜2000gとなるようにスラリーを形成し、該リチウムニッケル含有複合酸化物を水洗処理し、
前記水洗処理中または前記水洗処理後に、前記リチウムニッケル含有複合酸化物に、タングステン化合物を添加し、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWを分散させ、および、
前記一次粒子の表面にWが分散したリチウムニッケル含有複合酸化物を、熱処理して、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に形成する、
ことを特徴とする。
一般式:LiaNi1―x―yCoxMyWzO2+α・・・(2)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素である。0.95≦a≦1.10、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、x+y≦0.20、0.001≦z≦0.03、0≦α≦0.2である。)
からなる組成を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物により構成されていることが好ましい。
一般式:LiaNi1―x―yCoxMyWzO2+α・・・(2)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素である。0.95≦a≦1.10、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、x+y≦0.20、0.001≦z≦0.03、0≦α≦0.2である。)
からなる組成を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物により構成されていることが好ましい。
本発明の第1の態様は、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物を製造する方法に関する。
ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得た後、該リチウム混合物を、酸素濃度が80%以上の酸化性雰囲気下において、700℃以上の焼成温度で、焼成し、一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなるリチウムニッケル含有複合酸化物を調製し、その後、該リチウムニッケル含有複合酸化物を室温まで冷却する、焼成工程において、650℃以上の温度範囲において、酸素濃度を75%以上、95%以下に維持し、かつ、650℃から425℃までの温度範囲において、酸素濃度を45%以上、95%以下に維持することを特徴とする。
焼成工程に用いられるニッケル化合物は、NiおよびCoを含有し、かつ、添加元素MとしてMg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物である。
一般式:LiaNi1−x―yCoxMyO2・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦a≦1.11、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、および、x+y≦0.20である。)
からなる組成を有することが好ましい。
ニッケル化合物と混合されるリチウム化合物は、特に限定されないが、リチウムの水酸化物、オキシ水酸化物、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、およびハロゲン化物からなる群から選ばれる少なくとも1種を使用することが好ましい。これらを用いることにより、焼成後に不純物が残留しないという利点が得られる。これらのうち、ニッケル化合物との反応性が良好なリチウム水酸化物を用いることが、より好ましい。
ニッケル化合物とリチウム化合物を混合することにより得られたリチウム混合物は、酸化性雰囲気中において700℃以上の焼成温度で焼成されることになる。
本発明では、これらの条件のほか、焼成物である、調製後のリチウムニッケル含有複合酸化物を室温まで冷却する工程において、650℃以上の温度範囲において、酸素濃度を75%以上、95%以下に維持し、かつ、650℃から425℃までの温度範囲において、酸素濃度を45%以上、95%以下に維持することを特徴とする。
本発明の第2の態様は、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物に関する。
本発明により最終的に得られるリチウムイオン二次電池用正極活物質では、水洗処理中または水洗処理後に、リチウムニッケル含有複合酸化物に、タングステン化合物を添加し、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWを分散させて、所定の温度で熱処理することにより、一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が形成される。このようなWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜による一次粒子の表面がコーティングされることにより、リチウムイオン二次電池用正極活物質のBET比表面積が低下することとなる。
本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物は、
一般式:LiaNi1−x―yCoxMyO2・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦a≦1.11、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、および、x+y≦0.20である。)
からなる組成を有することが好ましい。
ここで、本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物におけるNi含有量は、0.84以上、好ましくは0.98以下であり、非常に高いNi含有量を有している。Ni含有量が高くなると、熱安定性の低下などの問題が生じるため、通常、Ni含有量は0.84よりも低く、一般的には0.80〜0.83程度になるように調整される。
本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物を構成する粒子(一次粒子および/または二次粒子)の体積基準の平均粒径MVは5μm〜30μmの範囲にあることが好ましく、5μm〜25μmの範囲にあることがより好ましく、8μm〜20μmの範囲にあることがより好ましく、8μm〜17μmの範囲にあることがさらに好ましい。
本発明の第3の態様は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、すなわち、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法に関する。
本発明の第1の態様に得られたリチウムニッケル含有複合酸化物、すなわち、本発明の第2の態様のリチウムニッケル含有複合酸化物を用いて、該リチウムニッケル含有複合酸化物の量が、水1Lに対して700g〜2000gとなるようにスラリーを形成し、該リチウムニッケル含有複合酸化物を水洗処理し、
前記水洗処理中または前記水洗処理後に、前記リチウムニッケル含有複合酸化物に、タングステン化合物を添加し、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWを分散させ、および、
前記一次粒子の表面にWが分散したリチウムニッケル含有複合酸化物を、熱処理して、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に形成する、
ことを特徴とする。
水洗工程は、焼成工程で得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の焼成粉末を水洗処理する工程である。具体的には、水1Lに対して焼成粉末が700g〜2000gとなるようにスラリーを形成して、水洗処理した後、濾過、乾燥してリチウムニッケル含有複合酸化物粉末(水洗粉末)を得る。
水洗後のリチウムニッケル含有複合酸化物を乾燥する温度や方法については、特に限定されないが、乾燥温度は、80℃〜500℃の範囲に設定することが好ましく、120℃〜250℃の範囲に設定することがより好ましい。80℃以上とすることにより、水洗後の粉末を短時間で乾燥し、粒子の表面と内部との間でリチウム濃度の勾配が起こることを抑制して、正極活物質の特性をより向上させることができる。
タングステン添加工程は、水洗処理中、もしくは水洗処理後の粉末に、タングステン化合物を添加し、一次粒子の表面にWを分散させる工程である。
熱処理工程は、一次粒子の表面にWを分散させたリチウムニッケル含有複合酸化物を熱処理することにより、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に形成する工程である。これにより、タングステン添加工程において供給されたWとLiから、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を形成し、リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質が得られる。なお、水洗処理中のスラリーあるいは水洗処理後の乾燥前の焼成粉末に対してWを添加した場合には、乾燥工程を熱処理工程により代替することができる。
本発明の第4の態様は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、すなわち、タングステン酸リチウムなどのWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物に関する。
一般的に、正極活物質の表面が異種化合物により完全に被覆されてしまうと、リチウムイオンの移動(インターカレーション)が大きく制限されるため、結果的にリチウムニッケル含有複合酸化物の有する高容量という長所が消されてしまう。
一般式:LiaNi1―x―yCoxMyWzO2+α・・・(2)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素である。0.95≦a≦1.10、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、x+y≦0.20、0.001≦z≦0.03、0≦α≦0.2である。)
からなる組成を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物により構成されていることが好ましい。
WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に形成された状態における、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質のBET法測定による比表面積は、0.80m2/g〜1.20m2/gの範囲であることが好ましく、0.85m2/g〜1.10m2/gの範囲であることがより好ましい。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質、すなわち、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物においては、余剰Li量、すなわち、一次粒子の表面に存在する、タングステン酸リチウム以外のリチウム化合物に含有されるLi量は、該リチウムイオン二次電池用正極活物質に含まれるLi全量に対して、0.05質量%以下である。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いて得られるリチウムイオン二次電池は、一般のリチウムイオン電池と同様に、正極、負極、セパレータ、および非水電解質などから構成される。たとえば、図1に示す2032型コイン電池1(以下、「コイン型電池」という)は、ケース2と、このケース2内に収容された電極3とから構成されている。
本発明のリチウムニッケル含有複合酸化物を、正極を構成する正極活物質として用い、たとえば、以下のようにして、リチウムイオン二次電池の正極を作製することができる。
負極には、金属リチウムやリチウム合金などを用いることが可能である。たとえば、負極としては、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合剤を、銅などの金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて、電極密度を高めるべく圧縮して形成したシート状電極が使用される。
正極と負極との間には、セパレータが挟み込んで配置される。セパレータは、正極と負極とを電気的に分離しつつ、電解質を保持し、正極と負極間のリチウムイオンの移動経路となる。一般的なセパレータとしてはポリエチレン、ポリプロピレンなどの薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。また、固体電解質を用いることも可能である。
非水電解質には、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液のほか、不燃性でイオン電導性を有する固体電解質などが用いられる。
ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート;
ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル類;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類;
1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)などの鎖状エーテル類;
テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタンなどのエーテル化合物;
エチルメチルスルホン、ブタンスルトンなどの硫黄化合物;
リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのリン化合物;並びに、
ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパンサルトン、アニソール、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドンなど;
を挙げることができる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
以上、説明した正極、負極、セパレータ、および非水系電解質で構成される、本発明のリチウムイオン二次電池の形状は、円筒型、積層型など種々の形状を有することができる。
本発明のWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が一次粒子の表面に存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池は、高容量で高出力となる。
[リチウムニッケル含有複合酸化物の製造および評価]
反応槽内の温度を49.5℃に設定し、20質量%水酸化ナトリウム溶液により反応槽内の反応溶液を液温25℃基準でpH13.0に保持しながら、反応溶液に硫酸ニッケルと硫酸コバルトの混合水溶液、アルミン酸ナトリウム水溶液、25質量%アンモニア水を添加し、オーバーフローにより回収した。さらに液温25℃基準のpHが12.5の45g/L水酸化ナトリウム水溶液で洗浄した後、水洗し、乾燥させてニッケル複合水酸化物を得た(中和晶析法)。
図1に示すコイン型電池1は、以下のようにして製作した。まず、リチウムイオン二次電池用正極活物質90質量部、アセチレンブラック5質量部、および、ポリ沸化ビニリデン5質量部を混合し、n−メチルピロリドンを加えてペースト化した。この作製したペーストを、厚み20μmのアルミニウム箔に塗布した。なお、ペーストは、乾燥後の正極活物質の質量が0.05g/cm2となるように塗布した。その後、ペーストが塗布されたアルミニウム箔について120℃で12時間の真空乾燥を行い、その後、直径1cmの円盤状に打ち抜いて正極3aとした。
焼成後、焼成物を200℃まで冷却してから、焼成物を取り出して、大気雰囲気下で室温まで冷却したこと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.02Ni0.905Co0.048Al0.047O2であった。母材のBET比表面積は、1.18m2/gであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li0.99Ni0.905Co0.048Al0.047W0.0035O2であった。リチウムイオン二次電池用正極活物質のBETE比表面積は、0.92m2/gであった。また、余剰Li量は、0.04質量%であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は207mAh/g、初期充放電効率は95%、正極抵抗は2.1Ωであった。
焼成後、酸素濃度が80%の雰囲気ガスの供給を継続しつつ、焼成物を650℃まで冷却し、その後、酸素濃度が50%の雰囲気ガスの供給に切り替えて、焼成物を425℃まで冷却してから、焼成物を取り出して、大気雰囲気下で室温まで冷却したこと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.03Ni0.905Co0.048Al0.047O2であった。母材のBET比表面積は、1.21m2/gであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li1.00Ni0.905Co0.048Al0.047W0.0035O2であった。リチウムイオン二次電池用正極活物質のBETE比表面積は、0.97m2/gであった。また、余剰Li量は、0.03質量%であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は210mAh/g、初期充放電効率は94%、正極抵抗は1.9Ωであった。
焼成後、酸素濃度が80%の雰囲気ガスの供給を継続しつつ、焼成物を650℃まで冷却し、次に、酸素濃度が70%の雰囲気ガスの供給に切り替えて、焼成物を550℃まで冷却し、その後、酸素濃度が50%の雰囲気ガスの供給に切り替えて、焼成物を425℃まで冷却してから、焼成物を取り出して、大気雰囲気下で室温まで冷却したこと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.02Ni0.905Co0.048Al0.047O2であった。母材のBET比表面積は、1.20m2/gであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li1.00Ni0.905Co0.048Al0.047W0.0035O2であった。リチウムイオン二次電池用正極活物質のBETE比表面積は、0.97m2/gであった。また、余剰Li量は、0.03質量%であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は209mAh/g、初期充放電効率は94%、正極抵抗は1.9Ωであった。
焼成後、酸素濃度が95%の雰囲気ガスの供給を継続しつつ、焼成物を650℃まで冷却し、次に、酸素濃度が50%の雰囲気ガスの供給に切り替えて、焼成物を425℃まで冷却してから、焼成物を取り出して、大気雰囲気下で室温まで冷却したこと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.02Ni0.905Co0.048Al0.047O2であった。母材のBET比表面積は、1.12m2/gであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li1.01Ni0.905Co0.048Al0.047W0.0035O2であった。リチウムイオン二次電池用正極活物質のBETE比表面積は、0.92m2/gであった。また、余剰Li量は、0.03質量%であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は208mAh/g、初期充放電効率は95%、正極抵抗は2.2Ωであった。
焼成後、酸素濃度が95%の雰囲気ガスの供給を継続しつつ、焼成物を425℃まで冷却してから、焼成物を取り出して、大気雰囲気下で室温まで冷却したこと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.02Ni0.905Co0.048Al0.047O2であった。母材のBET比表面積は、0.96m2/gであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li1.00Ni0.905Co0.048Al0.047W0.0035O2であった。リチウムイオン二次電池用正極活物質のBETE比表面積は、0.82m2/gであった。また、余剰Li量は、0.03質量%であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は209mAh/g、初期充放電効率は95%、正極抵抗は2.1Ωであった。
焼成後、焼成物を500℃まで冷却してから、焼成物を取り出して、大気雰囲気下で室温まで冷却したこと以外は、こと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.03Ni0.905Co0.048Al0.047O2であった。母材のBET比表面積は、0.90m2/gであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li1.00Ni0.905Co0.048Al0.047W0.0035O2であった。リチウムイオン二次電池用正極活物質のBETE比表面積は、0.50m2/gであった。また、余剰Li量は、0.06質量%であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は205mAh/g、初期充放電効率は92%、正極抵抗は2.6Ωであった。
焼成後、焼成物を450℃まで冷却してから、焼成物を取り出して、大気雰囲気下で室温まで冷却したと以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.02Ni0.905Co0.048Al0.047O2であった。母材のBET比表面積は0.94m2/gであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li1.00Ni0.905Co0.048Al0.047W0.0035O2であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質のBETE比表面積は、0.58m2/gであった。また、余剰Li量は、0.06質量%であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は206mAh/g、初期充放電効率は91%、正極抵抗は2.8Ωであった。
焼成後の冷却工程を全て酸素100%雰囲気中で行った以外は、実施例1と同様にして、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムイオン二次電池用正極活物質、およびリチウムイオン二次電池を製造し、それぞれの評価を行った。なお、得られたリチウムニッケル含有複合酸化物の組成は、一般式:Li1.02Ni0.905Co0.048Al0.047O2であった。母材のBET比表面積は0.94m2/gであった。また、得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質の組成は、一般式:Li1.00Ni0.905Co0.048Al0.047W0.0035O2であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質のBETE比表面積は、0.72m2/gであった。また、余剰Li量は、0.04質量%であった。得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用して作製した正極を用いたコイン型電池1の初期放電容量は205mAh/g、初期充放電効率は92%、正極抵抗は2.5Ωであった。
2 ケース
2a 正極缶
2b 負極缶
2c ガスケット
3 電極
3a 正極
3b 負極
3c セパレータ
Claims (17)
- 一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法であって、
ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合して、リチウム混合物を得た後、該リチウム混合物を、酸素濃度が80%以上の酸化性雰囲気下において、700℃以上の焼成温度で、焼成し、一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなるリチウムニッケル含有複合酸化物を調製し、その後、該リチウムニッケル含有複合酸化物を室温まで冷却する、焼成工程を備え、
前記リチウムニッケル含有複合酸化物の冷却時において、650℃以上の温度範囲において、酸素濃度を75%以上、95%以下に維持し、かつ、650℃から425℃までの温度範囲において、酸素濃度を45%以上、95%以下に維持することを特徴とする、
リチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法。 - 前記リチウムニッケル含有複合酸化物の冷却時において、650℃以上の温度範囲において、酸素濃度を80%以上に維持し、かつ、650℃から425℃までの温度範囲において、酸素濃度を50%以上に維持する、請求項1に記載のリチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法。
- 前記リチウムニッケル含有複合酸化物の冷却時において、650℃から550℃までの温度範囲において、酸素濃度を70%以上に維持し、550℃から425℃までの温度範囲において、酸素濃度を50%以上に維持する、請求項1に記載のリチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法。
- 前記ニッケル化合物は、Ni、Co、並びに、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の添加元素を含有し、得られるリチウムニッケル含有複合酸化物は、
一般式:LiaNi1−x―yCoxMyO2・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦a≦1.11、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、および、x+y≦0.20である。)
からなる組成を有する、
請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法。 - 前記焼成温度を、700℃〜780℃の温度範囲に制御して、X線回折のリートベルト解析から得られる前記リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶におけるc軸方向への格子定数の長さが14.183Å〜14.205Åの範囲となるようにする、請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法。
- 一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の母材である、リチウムニッケル含有複合酸化物であって、
0.95m2/g〜1.40m2/gの範囲のBET比表面積を有することを特徴とする、
リチウムニッケル含有複合酸化物。 - 一般式:LiaNi1−x―yCoxMyO2・・・(1)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦a≦1.11、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、および、x+y≦0.20である。)
からなる組成を有する、
請求項6に記載のリチウムニッケル含有複合酸化物。 - X線回折のリートベルト解析から得られる前記リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶におけるc軸方向への格子定数の長さは、14.183Å〜14.205Åの範囲にある、請求項6または7に記載のリチウムニッケル含有複合酸化物。
- 5μm〜30μmの範囲にある体積基準の平均粒径MVを有する、請求項6〜8のいずれかに記載のリチウムニッケル含有複合酸化物。
- 一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、
請求項1〜5のいずれかに記載のリチウムニッケル含有複合酸化物の製造方法によって得られたリチウムニッケル含有複合酸化物を母材として用いて、該リチウムニッケル含有複合酸化物の量が、水1Lに対して700g〜2000gとなるようにスラリーを形成し、該リチウムニッケル含有複合酸化物を水洗処理し、
前記水洗処理中または前記水洗処理後に、前記リチウムニッケル含有複合酸化物に、タングステン化合物を添加し、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWを分散させ、および、
前記一次粒子の表面にWが分散したリチウムニッケル含有複合酸化物を、熱処理して、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜を、前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に形成する、
ことを特徴とする、
リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 - 前記リチウムイオン二次電池用正極活物質は、
一般式:LiaNi1―x―yCoxMyWzO2+α・・・(2)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素である。0.95≦a≦1.10、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、x+y≦0.20、0.001≦z≦0.03、0≦α≦0.2である。)
からなる組成を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物により構成されている、
請求項10に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 - 前記リチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面に分散させるW量を、前記リチウムニッケル含有複合酸化物に含まれるNi、CoおよびMの原子数の合計に対して、0.1原子%〜3.0原子%の範囲にする、請求項10または11に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
- 前記熱処理を、酸素雰囲気または真空雰囲気中において、100℃〜600℃の範囲の温度で行う、請求項10〜12のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
- 一次粒子および/または該一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなり、前記一次粒子の表面に、WおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
請求項6〜9のいずれかに記載のリチウムニッケル含有複合酸化物の一次粒子の表面にWおよびLiを含む化合物の微粒子および/または被膜が存在し、かつ、0.80m2/g〜1.20m2/gの範囲のBET比表面積を有し、かつ、該一次粒子の表面に存在する、タングステン酸リチウム以外のリチウム化合物に含有されるLi量は、該リチウムイオン二次電池用正極活物質に含まれるLi全量に対して、0.05質量%以下であることを特徴とする、
リチウムイオン二次電池用正極活物質。 - 前記リチウムイオン二次電池用正極活物質は、
一般式:LiaNi1―x―yCoxMyWzO2+α・・・(2)
(式中、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Nb、ZrおよびMoから選ばれる少なくとも1種の元素である。0.95≦a≦1.10、0<x≦0.15、0.03<y≦0.10、x+y≦0.20、0.001≦z≦0.03、0≦α≦0.2である。)
からなる組成を有する、WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物により構成されている、
請求項14に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 - X線回折のリートベルト解析から得られる前記WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の結晶におけるc軸方向への格子定数の長さは、14.183Å〜14.205Åの範囲にある、請求項14または15に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 前記WおよびLiを含む化合物被覆リチウムニッケル含有複合酸化物の体積基準の平均粒径MVは、5μm〜30μmの範囲にある、請求項14〜16のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
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WO2023174028A1 (zh) * | 2022-03-17 | 2023-09-21 | 宁波容百新能源科技股份有限公司 | 一种高镍多元正极材料、其制备方法及其应用 |
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