JP3318941B2 - 正極材料の製造方法 - Google Patents
正極材料の製造方法Info
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Description
水電解液二次電池において使用される正極材料の製造方
法に関する。
の高性能化、小型化、ポータブル化が進み、これら電子
機器に使用される高エネルギー密度の二次電池の要求が
強まっている。従来、これらの電子機器に使用される二
次電池としては、ニッケル・カドミウム電池や鉛電池等
が挙げられるが、これら電池では放電電位が低くエネル
ギー密度の高い電池を得るという点では未だ不十分であ
る。
素材料のようなリチウムイオンをドープかつ脱ドープ可
能な物質を負極として使用し、また、正極にリチウムコ
バルト複合酸化物等のリチウム複合酸化物を使用する非
水電解液二次電池の研究・開発が盛んに行われている。
この電池は、電池電圧が高く、高エネルギー密度を有
し、自己放電も少なく、サイクル特性に優れている電池
である。
池は、何らかの原因で充電時に所定以上の電気量の電流
が流れて過充電状態になると、電池電圧が高くなり、電
解液等が分解してガスが発生し、電池内圧や電池温度が
上昇する。さらに、この過充電状態が続くと電解質や活
物質の急速な分解といった異常反応が起こり、温度上昇
を伴う発熱や比較的急速な破損といった損傷状態を呈す
る場合がある。
者らは電池内圧の上昇に応じて作動する電流遮断装置を
備え、正極材料として電池内圧上昇剤となる炭酸リチウ
ム(Li2 CO3 )で表面が被われたリチウム複合酸化
物(LiX MO2 )を用いた電池を提案した。この電池
では、たとえば過充電状態が進むと正極中の炭酸リチウ
ムが電気化学的に分解されて炭酸ガスが発生し、このガ
ス発生により電池内圧が上昇して電流遮断装置が作動
し、充電電流が遮断される。したがって、過充電におけ
る電池内部の異常反応の進行が停止し、電池の急速な温
度上昇を伴う発熱や比較的急速な破損の防止が可能とな
る。
れる炭酸リチウムで被われたリチウム複合酸化物を合成
する方法としては、たとえばコバルト,ニッケル等の遷
移金属の炭酸塩と炭酸リチウムをLi/M(モル比)が
Xよりも大きくなるように量りとって焼成し、リチウム
複合酸化物を生成するとともに炭酸リチウムを残存させ
る方法、予めリチウム複合酸化物を合成しておき、この
リチウム複合酸化物に炭酸リチウムを添加して再溶融さ
せる方法がある。
より、正極材料を合成した場合、正極材料中に残存する
炭酸リチウム量が理論値量よりも遙に下まわり、残存す
る炭酸リチウム量をコントロールすることができない。
このため、正極材料に所望の電池内圧上昇効果を持たせ
るのが困難である。
鑑みて提案されたものであり、正極材料中に多量の炭酸
リチウムを残存させることができ、残存炭酸リチウム量
をコントロールすることが可能な正極材料の製造方法を
提供することを目的とする。
めに、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、正極材料中
に残存する炭酸リチウム量は、合成雰囲気にCO2 を存
在させることにより増大し、コントロール可能となるこ
とを見い出すに至った。
知見に基づいて完成されたものであり、一般式Lix M
O2 (ただし、Mは1種以上の遷移金属を表し、0.0
5≦X≦1.10である)で表されるリチウム複合酸化
物を主体とし、炭酸リチウムを含有してなる正極材料を
合成するに際し、少なくとも合成の一部をCO2 濃度が
0.1容量%以上、100容量%未満の雰囲気中で行う
ことを特徴とするものである。
材料は、正極活物質となるリチウム複合酸化物を主体と
し、電池内圧上昇剤となる炭酸リチウムを含有してなる
ものである。上記リチウム複合酸化物としては、LiX
MO2 (ただし、Mは1種以上の遷移金属を表し、0.
05≦X≦1.10である)で示されるリチウム複合酸
化物、たとえばLiCoO2 ,LiNiO2 ,LiX N
iY Co(1-Y) O2 (ただし、0.05≦X1.10,
0<Y<1)等が挙げられる。
ウムよりなる正極材料は、たとえばコバルト,ニッケル
等の遷移金属(M)の炭酸塩と炭酸リチウム(Li2 C
O3 )を、Li/M(モル比)がXより大きくなるよう
に量り取って混合し、600℃〜1000℃の温度範囲
で焼成してリチウム複合酸化物を生成するとともに炭酸
リチウムを残存させる方法、あるいはリチウム複合酸化
物を予め合成しておき、このリチウム複合酸化物中に炭
酸リチウムを添加して再溶融する方法等により合成する
ことができる。また、上述の方法において遷移金属の炭
酸塩の代わりに水酸化物,酸化物を使用しても同様に合
成可能である。
炭酸リチウムを残存させ、残存炭酸リチウム量のコント
ロールを可能なものとするために、少なくとも正極材料
の合成の一部をCO2 ガス濃度が0.1容量%以上、1
00容量%未満の雰囲気中で行うこととする。
ウム量は、合成雰囲気中にCO2 ガスを存在させること
により増大し、さらに合成雰囲気中のCO2 ガス濃度を
上昇させていくことにより、残存炭酸リチウム量が一定
となり、正確なコントロール可能となる。なお、合成雰
囲気中のCO2 ガス濃度を100容量%とすると、リチ
ウム複合酸化物の分解が起こり、正極材料としての機能
が劣化する。したがって、本発明においては、残存炭酸
リチウム量の増大を図るとともに正極材料の機能を維持
するために、合成雰囲気中のCO2 ガス濃度は0.1容
量%以上,100容量%未満とする。
を含有してなる正極材料を合成するに際して、合成をC
O2 ガス濃度を調整していない空気中で行った場合、正
極材料中に残存する炭酸リチウム量が理論値よりも遙に
低くなり、残存する炭酸リチウム量をコントロールする
ことができない。
くとも一部を、CO2 ガス濃度が所定濃度範囲とされた
雰囲気中で行うと、正極材料中の残存炭酸リチウム量が
増大し、さらに合成雰囲気中のCO2 ガス濃度を上昇さ
せていくと、残存炭酸リチウム量が一定となり、正確な
コントロール可能となる。これは以下の理由によるもの
と考えられる。
度を調整していない空気中で行う場合には、焼成,再溶
融等の高温処理に際して、化1に示すように炭酸リチウ
ムの分解反応(化1においては、右向きの反応)が進行
する。
囲の雰囲気中で行う場合には、高温処理に際する炭酸リ
チウムの分解反応が抑えられる。また、炭酸リチウムが
分解しても、分解生成物である酸化リチウムと合成雰囲
気中に存在させたCO2 ガスが反応して炭酸リチウムが
合成される。したがって、正極材料中の残存炭酸リチウ
ム量の増大が達成されることとなる。
づいて説明する。
1.15となるように量り取って混合した後、CO2 濃
度0.2容量%の酸素存在雰囲気中で900℃、24時
間焼成して正極材料(サンプル試料1)を合成した。
外は実施例1と同様にして正極材料(サンプル試料2〜
サンプル試料11)を合成した。
1.15となるように量り取って混合した後、空気中で
900℃、12時間焼成した後、さらにCO2 濃度5.
0容量%の雰囲気中で900℃、12時間焼成すること
により正極材料(サンプル試料12)を合成した。
1.15となるように量り取って混合した後、空気中で
900℃、24時間焼成して正極材料(比較試料1)を
合成した。
外は実施例1と同様にして正極材料(比較試料2)を合
成した。
て、X線回折を行ったところ、比較試料2を除いて、L
iCoO2 の合成が確認でき、いずれの正極材料におい
てもLi2 CO3 の回折ピークが存在していた。
ム量を調査した。その結果を表1及び図1に示す。な
お、正極材料中の炭酸リチウム量は、試料を硫酸によっ
て分解し、生成したCO2 を塩化バリウムと水酸化ナト
リウムを含有する溶液中に導入して吸収させ、この溶液
を塩酸標準溶液で滴定することによってCO2 濃度を定
量し、この定量値から換算した。
る炭酸リチウム量は、合成雰囲気中にCO2 ガスを含有
させることにより増大し、CO2 濃度を0.5容量%以
上にすることにより、一定となることがわかる。このこ
とから、正極材料中にCO2 ガスを含有させることは、
残存炭酸リチウム量を増大させる上で有効であり、特
に、合成雰囲気中のCO2 濃度を0.5容量%以上とす
れば、残存炭酸リチウム量が一定となり残存炭酸リチウ
ム量の正確なコントロールが可能となることがわかっ
た。
かるように、合成雰囲気中のCO2 濃度を100容量%
とすると、正極活物質であるLiCoO2 の分解が起こ
る。したがって、正極材料の機能を維持するためには、
合成雰囲気中のCO2 ガス濃度は100%未満とするこ
とが必要であることがわかった。
リチウムと炭酸コバルトを用いたが、炭酸コバルトの代
わりに酸化物、水酸化物等を出発物質としても同様の効
果が得られることが確認された。また、合成する正極活
物質としてもLiCoO2 以外のリチウム複合酸化物
(たとえば、LiX NiY Co(1-Y) O2 (ただし、
0.05≦X≦1.10,0<Y≦1)を採用した場合
でも本発明は同様な効果を発揮した。
明の正極材料の製造方法は、リチウム複合酸化物を主体
とし、炭酸リチウムを含有してなる正極材料を合成する
に際して、合成の少なくとも一部をCO2 濃度が0.1
容量%以上、100容量%未満の雰囲気中で行うので、
正極材料中に残存する炭酸リチウム量を増大させること
が可能である。
所望の電池内圧上昇効果を持たせることが可能となり、
上記正極材料を使用する防爆密閉構造の非水電解液二次
電池の安全性をより向上させることが可能となる。
する炭酸リチウム量の関係を示す特性図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 一般式Lix MO2 (ただし、Mは1種
以上の遷移金属を表し、0.05≦X≦1.10であ
る)で表されるリチウム複合酸化物を主体とし、炭酸リ
チウムを含有してなる正極材料を合成するに際し、 少なくとも合成の一部をCO2 濃度が0.1容量%以
上、100容量%未満の雰囲気中で行うことを特徴とす
る正極材料の製造方法。
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JP35909191A JP3318941B2 (ja) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | 正極材料の製造方法 |
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-
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- 1991-12-28 JP JP35909191A patent/JP3318941B2/ja not_active Expired - Lifetime
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