JP4840545B1 - ニッケル複合水酸化物粒子および非水系電解質二次電池 - Google Patents
ニッケル複合水酸化物粒子および非水系電解質二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4840545B1 JP4840545B1 JP2011530183A JP2011530183A JP4840545B1 JP 4840545 B1 JP4840545 B1 JP 4840545B1 JP 2011530183 A JP2011530183 A JP 2011530183A JP 2011530183 A JP2011530183 A JP 2011530183A JP 4840545 B1 JP4840545 B1 JP 4840545B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- particles
- positive electrode
- active material
- electrode active
- composite hydroxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/006—Compounds containing, besides nickel, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/40—Nickelates
- C01G53/42—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/049—Manufacturing of an active layer by chemical means
- H01M4/0497—Chemical precipitation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
- C01P2004/82—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases two phases having the same anion, e.g. both oxidic phases
- C01P2004/84—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases two phases having the same anion, e.g. both oxidic phases one phase coated with the other
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
ニッケル複合水酸化物の粒子を製造する製造方法であって、ニッケル複合酸化物の粒子における金属の原子比に対応する金属の原子比を有する金属化合物を含む実質的に錯イオン形成剤を含まない核生成用水溶液の液温60℃におけるpHを11.5〜13.2となるように制御して一次粒子からなる核を生成する核生成工程と、該核生成工程で得られた前記核を含有する粒子成長用水溶液の液温60℃におけるpHを9.5〜11.0となるように制御して、前記核の外面に該核を形成する一次粒子よりも大きな板状一次粒子からなる外殻部を形成させる粒子成長工程とからなる。
【選択図】図7
Description
本発明は、高比表面積を有し電池に用いたときに正極抵抗の値を低減することができる非水系二次電池用正極活物質およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、さらにサイクル特性に優れ、高出力を有する非水系電解質二次電池を提供することを目的とする。
第1発明のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法は、一般式(I):
Ni1−x−yCoxMy(OH)2+α (I)
(式中、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、0≦α≦0.5、Mは添加元素であり、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)で表されるニッケル複合水酸化物の粒子を製造する製造方法であって、前記ニッケル複合酸化物の粒子における金属の原子比に対応する金属の原子比を有する金属化合物を含む実質的に金属錯イオン形成剤を含まない核生成用水溶液のpHを液温25℃基準で11.5〜13.2となるように制御して一次粒子からなる核を生成する核生成工程と、該核生成工程で得られた前記核を含有する粒子成長用水溶液のpHを液温25℃基準で9.5〜11.0となるように制御して、前記核の外面に該核を形成する一次粒子よりも大きな板状一次粒子からなる外殻部を形成させる粒子成長工程とからなることを特徴とする。
第2発明のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法は、第1発明において、前記核生成工程が終了した後の前記核生成用水溶液のpHを調整することにより、前記粒子成長用水溶液を形成させることを特徴とする。
第3発明のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法は、第1発明において、前記粒子成長に適した水溶液を形成し、該水溶液に前記核生成工程において形成された核を添加して、前記粒子成長用水溶液を形成させることを特徴とする。
第4発明のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法は、第1、第2または第3発明において、前記核生成工程後に、前記粒子成長用水溶液の液体部の一部を排出した後、前記粒子成長工程を行うことを特徴とする。
第5発明のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法は、第1、第2、第3または第4発明において、前記核生成工程および前記粒子成長工程において、各水溶液の温度を、60℃以上に維持することを特徴とする。
第6発明のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法は、第1、第2、第3、第4または第5発明において、前記粒子成長工程で得られたニッケル複合水酸化物に、分子中に1種以上の前記添加元素を有する化合物を被覆することを特徴とする。
(ニッケル複合水酸化物粒子)
第7発明のニッケル複合水酸化物粒子は、一般式(I):
Ni1−x−yCoxMy(OH)2+α (I)
(式中、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、0≦α≦0.5、Mは添加元素であり、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)で表されるニッケル複合水酸化物からなり、複数の一次粒子が凝集して形成された球状の二次粒子であり、該二次粒子は、平均粒径が2〜7μmであり、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55以下であり、一次粒子からなる中心部と、該中心部の外側に該中心部を形成する一次粒子よりも大きな板状一次粒子からなる外殻部と、を有することを特徴とする。
第8発明のニッケル複合水酸化物粒子は、第7発明において、前記中心部を形成する一次粒子は、平均粒径0.01〜0.3μmであり、前記板状一次粒子は、平均粒径0.3〜3μmであることを特徴とする。
第9発明のニッケル複合水酸化物粒子は、第7または第8発明において、前記中心部を形成する一次粒子は、板状および/または針状であることを特徴とする。
第10発明のニッケル複合水酸化物粒子は、第7、第8または第9発明において、前記二次粒子は、前記外殻部の厚みが0.3〜3μmであることを特徴とする。
第11発明のニッケル複合水酸化物粒子は、第7、第8、第9または第10発明において、前記二次粒子は、1種以上の前記添加元素が、その内部に均一に分布および/またはその表面を均一に被覆していることを特徴とする。
第12発明のニッケル複合水酸化物粒子は、第7、第8、第9、第10または第11発明において、第1、第2、第3、第4、第5または第6発明の製造方法によって生成されたものであることを特徴とする。
(非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法)
第13発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、一般式(II):
LitNi1−x−yCoxMyO2 (II)
(式中、0.95≦t≦1.15、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、Mは添加元素であり、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)で表され、リチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質の製造方法であって、第7、第8、第9、第10、第11または第12発明のニッケル複合水酸化物粒子を熱処理する工程と、前記熱処理後の粒子をリチウム化合物と混合してリチウム混合物を形成する混合工程と、該混合工程で形成された前記リチウム混合物を、700〜850℃の温度で焼成する焼成工程と有することを特徴とする。
第14発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第13発明において、前記リチウム混合物に含まれるリチウムの原子数とリチウム以外の金属の原子数の和との比(リチウムの原子数/リチウム以外の金属の原子数の和)を、0.95/1〜1.15/1に調整することを特徴とする。
第15発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第13または第14発明において、前記焼成工程後に水洗して濾過、乾燥することを特徴とする。
第16発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第13、第14または第15発明において、前記焼成工程の前に、前記リチウム化合物と前記熱処理後の粒子が反応し得る温度で仮焼することを特徴とする。
(非水系電解質二次電池用正極活物質)
第17発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、一般式(II):
LitNi1−x−yCoxMyO2 (II)
(式中、0.95≦t≦1.15、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、Mは添加元素であり、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)で表され、リチウム含有複合酸化物により構成されるリチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質であって、平均粒径が2〜8μmであり、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.65以下であって反応面積の大きさを示す指標である〔比表面積×平均粒径〕が5.5以上であることを特徴とする。
第18発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第17発明において、前記非水系電解質二次電池用正極活物質であって、リチウムニッケル複合酸化物粒子の中心部に空間部と該空間部の外側に前記リチウムニッケル複合酸化物からなる外殻部を有する中空粒子であることを特徴とする。
第19発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第18発明において、前記リチウムニッケル複合酸化物粒子の断面において、前記外殻部の平均厚みが0.3〜3μmであることを特徴とする。
第20発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第17、第18または第19発明において、第13、第14、第15または第16発明の製造方法によって生成されたものであることを特徴とする。
(非水系電解質二次電池)
第21発明の非水系電解質二次電池は、第17、18、19または第20発明の非水系電解質二次電池用正極活物質によって形成された正極を含むことを特徴とする。
第1発明によれば、核生成工程では、核生成用水溶液のpHを液温25℃基準で11.5〜13.2とすることによって核の成長を抑制し、ほぼ核生成のみを起こすことができる。また、粒子成長工程では、粒子成長用水溶液のpHを液温25℃基準で9.5〜11.0とすることよって、核成長のみを優先的に生じさせることができ、新たな核の形成を抑制することができる。すると、核を均質に成長させることができるので、粒度分布の範囲が狭く均質なニッケル複合水酸化物粒子を得ることができる。しかも、pH値を9.5〜11.0とすれば析出速度が低下するので、核生成工程で生成された核を中心として、その外面に核の一次粒子よりも大きな板状一次粒子を析出成長させることができる。すると、中心部に微細な一次粒子を有し、中心部の周囲に中心部の一次粒子よりも大きな板状一次粒子によって形成された外殻部を有するニッケル複合水酸化物粒子を製造することができる。
第2発明によれば、核生成工程が終了した核生成用水溶液のpHを調整することによって粒子成長用水溶液が得られるので、粒子成長工程への移行を迅速に行うことができる。
第3発明によれば、核生成と粒子成長をより明確に分離することができるので、各工程における液の状態を、各工程について最適な条件とすることができる。したがって、生成されるニッケル複合水酸化物粒子を、より粒度分布の範囲が狭くかつ均質なものとすることができる。
第4発明によれば、核生成用水溶液中のニッケル複合水酸化物粒子濃度を高めることができるので、粒子濃度が高い状態でニッケル複合水酸化物粒子を成長させることができる。したがって、ニッケル複合水酸化物粒子の粒度分布をより狭めることができ、粒子密度も高めることができる。
第5発明によれば、金属イオンの溶解度を適切な状態に調整できるので、核生成工程では、形状及び粒径が整った核を形成することができる。そして、粒子成長工程では、板状一次粒子の形成を促進することができるので、中心部の周囲に中心部の一次粒子よりも大きな板状一次粒子によって形成された外殻部を有するニッケル複合水酸化物粒子を確実に形成することができる。
第6発明によれば、本方法によって製造されたニッケル複合水酸化物粒子を原料として形成された電池の正極活物質を電池に用いたとき、電池の耐久特性および出力特性を向上させることができる。
(ニッケル複合水酸化物粒子)
第7発明によれば、ニッケル複合水酸化物粒子をリチウム化合物と混合して焼成すると、ニッケル複合水酸化物粒子内へのリチウムの拡散が十分に行われ、リチウムの分布が均一で良好な正極活物質粒子を得ることができる。また、ニッケル複合水酸化物粒子を原料として正極活物質粒子を製造した場合には、焼成の際における中心部の一次粒子と外殻部の一次粒子の収縮状況の相違により、内部に中空な空間が形成された粒子となる。このため、正極活物質粒子も粒度分布の範囲が狭く高比表面積である均質な粒子とすることができるから、この正極活物質粒子からなる正極を有する電池を形成したとき、電極抵抗を小さくすることができ、充放電を繰り返しても電極の劣化を抑えることができる。
第8発明によれば、ニッケル複合水酸化物粒子を焼成した際に、適切な粒径を有しかつ内部に適切な容積の空間を有する中空な正極活物質粒子を形成することができる。
第9発明によれば、ニッケル複合水酸化物粒子の中心部を低密度とすることができるから、このニッケル複合水酸化物粒子を焼成して得られる正極活物質粒子の内部に適切な容積の空間を形成させることができる。
第10発明によれば、ニッケル複合水酸化物粒子における外殻部の一次粒子は焼成による収縮量が少ないので、このニッケル複合水酸化物粒子を焼成して得られる正極活物質粒子においても、外殻部の厚さは、焼成前のニッケル複合水酸化物粒子とほぼ同等の厚さに維持される。したがって、外殻部の厚みが0.3〜3μmとなるようにニッケル複合水酸化物粒子を形成すれば、適切な粒径を有しかつ適切な容積の空間を内部に有する正極活物質粒子を形成することができる。
第11発明によれば、本発明のニッケル複合水酸化物粒子を原料として形成された電池の正極活物質粒子を電池に用いたとき、電池の耐久特性および出力特性を向上させることができる。
第12発明によれば、粒度分布の範囲が狭く均質なニッケル複合水酸化物粒子であって、内部に適切な容積の微細一次粒子を有する粒子となるから、このニッケル複合水酸化物粒子を原料として正極活物質粒子を製造した場合には、粒度分布の範囲が狭く均質であって、しかも、中空構造により高比表面積の正極活物質粒子を得ることができる。この正極活物質粒子からなる正極を有する電池を形成したときに、電極抵抗を小さくすることができるので、充放電を繰り返しても電極の劣化を抑えることができる。
(非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法)
第13発明によれば、熱処理によってニッケル複合水酸化物粒子の残留水分を除去することができるので、製造された正極活物質粒子中における金属の原子数の和とリチウムの原子数との比がばらつくことを防ぐことができる。また、700〜850℃の温度で焼成するので、正極活物質粒子中にリチウムを十分に拡散させることができるとともに、正極活物質粒子の形態を球状に維持することができる。しかも、中心部に微細な一次粒子を有するニッケル複合水酸化物粒子を焼成するので、形成された正極活物質粒子は、正極活物質粒子内に適切な容積の中空な空間を有するものとなる。したがって、製造された正極活物質粒子によって形成された正極を有する電池を製造した場合、電池容量を大きくすることができるとともに、正極抵抗を小さくすることができる。
第14発明によれば、得られた正極活物質粒子を用いて正極を形成した場合、正極での反応抵抗を小さくすることができるとともに、初期放電容量が低下することを防ぐことができる。
第15発明によれば、非水系電解質二次電池に用いられた際に副反応の原因となる余剰のリチウム化合物を除去でき、電池の耐久性や安全性を高めることができる。
第16発明によれば、リチウムが十分に拡散するので、均一なリチウムニッケル複合酸化物を得ることができる。
(非水系電解質二次電池用正極活物質)
第17発明によれば、非水系電解質二次電池用正極活物質粒子を電池に用いたとき、高い電池の出力特性と高容量を実現することができる。
第18発明によれば、得られた正極活物質粒子を用いて正極を形成した場合、正極での反応抵抗を小さくすることができる。
第19発明によれば、中心部の空間を確保しつつ、正極活物質粒子の強度を維持することができ、電池製造時における該粒子の破壊による微粉発生を防止することができる。
第20発明によれば、正極活物質粒子は粒度分布の範囲が狭く高比表面積の均質な粒子となるから、この正極活物質粒子からなる正極を有する電池を形成したときに、電極抵抗を小さくすることができ、充放電を繰り返しても電極の劣化を抑えることができる。
(非水系電解質二次電池)
第21発明によれば、170mAh/g以上の高い初期放電容量、低い正極抵抗の電池となり、熱安定性および安全性も高くすることができる。
また、前記方法によって製造された、粒度分布の範囲が狭く均質かつ所定の構造を有するニッケル複合水酸化物粒子を原料として、所望の粒径を有し所望の粒度分布に調整された、高比表面積を有する非水系電解質二次電池用正極活物質を製造する方法、および、前記方法で製造された非水系電解質二次電池用正極活物質も、本発明の対象である。
さらに、本発明の方法で製造された、所望の粒径を有し、所望の粒度分布に調整された高比表面積を有する非水系電解質二次電池用正極活物質が用いられた正極を有する非水系電解質二次電池も、本発明の対象である。
本発明の非水系電解質二次電池は、図4に示すように、後述する(2)の非水系電解質二次電池用正極活物質で形成された正極を有する。本発明の非水系電解質二次電池には、前記正極が用いられていることから、170mAh/g以上の高い初期放電容量および低い正極抵抗を有するとともに、熱安定性および安全性にも優れている。
本発明の非水系電解質二次電池(以下、単に本発明の二次電池という)は、正極の材料に本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、単に本発明の正極活物質という)を用いたこと以外は、一般的な非水系電解質二次電池と実質的に同等の構造を有している。
つぎに、本発明の二次電池の各部の構造を説明する。
まず、本発明の二次電池の特徴である正極について説明する。
前記正極合材ペーストは、正極合材に、溶剤を添加して混練することによって得られる。また、正極合材は、粉末状の本発明の正極活物質と導電材と結着剤とを混合することによって得られる。
結着剤は、正極活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすものである。この正極合材に使用される結着剤はとくに限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレン―プロピレン―ジエンゴム、スチレン―ブタジエンゴム(SBR)、セルロース、ポリアクリル酸などが挙げられる。
負極は、銅などの金属箔集電体の表面に負極合材ペーストを塗布し、乾燥させることによって形成されたシート状の部材である。この負極は、負極合材ペーストを構成する成分、集電体の素材などが正極とは異なるが、実質的に前記正極と同様の方法によって製造することができ、正極と同様に、必要に応じて各種処理が行われる。
セパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、電解質を保持する機能を有している。かかるセパレータは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、とくに限定されない。
非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。
有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;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;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やブタンスルトンなどの硫黄化合物;リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などが挙げられるが、本発明はかかる例示にのみ限定されるものではない。これらの有機物は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明の二次電池は、上記構成を有するものであり、上記正極が用いられているので、170mAh/g以上の高い初期放電容量および低い正極抵抗が得られ、高容量で高出力を有する。さらに、本発明の二次電池は、従来のリチウムニッケル系酸化物の正極活物質と対比して、熱安定性および安全性に優れている。
本発明の二次電池は、前記性質を有するので、常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話端末など)の電源に用いることができる。また、本発明の二次電池は、高出力が要求される電気自動車用電池にも好適に用いることができる。電気自動車用の電池は大型化すると安全性の確保が困難になり高価な保護回路が必要不可欠であるが、本発明の二次電池は、電池が大型化することなく優れた安全性を有しているため、安全性の確保が容易になるばかりでなく、高価な保護回路を簡略化し、より低コストにすることができる。そして、小型化、高出力化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源として好適に用いることができる。また、本発明の二次電池は、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用するいわゆるハイブリッド車用の電源としても用いることもできる。
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、本発明の正極活物質という)は、上記したような非水系電解質二次電池の正極の材料に適している。
LitNi1−x−yCoxMyO2 (II)
(式中、0.95≦t≦1.15、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、Mは添加元素であり、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)
で表されるリチウムニッケル複合酸化物粒子である。
本発明の正極活物質は、その粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が、0.65以下となるように調整されている。
また、正極活物質の粒度分布の広がりを示す指標〔(d90−d10)/平均粒径〕は、小さいほど正極活物質の性能を向上させることができる点で有利であるが、本発明において得られる正極活物質の場合、その下限値は、0.05程度であることが好ましい。
本発明の正極活物質は、粒子の平均粒径が2〜8μm、好ましくは3〜8μm、より好ましくは3〜6μmである。平均粒径が2μm未満である場合には、正極を形成したときに粒子の充填密度が低下し、正極の容積あたりの電池容量が低下し、平均粒径が8μmを超えると、正極活物質の比表面積が低下するため、正極活物質と電池の電解液との接触面積が減少することにより、正極の抵抗が上昇して電池の出力特性が低下する。
本発明の正極活物質は、反応面積の大きさを示す指標である〔比表面積×平均粒径〕が、5.5以上好ましくは6以上である。〔比表面積×平均粒径〕が5.5以上であれば、正極活物質と電解液との反応面積が十分に大きいので、かかる正極活物質で形成された正極を使用した電池は高出力電池が可能となるので、好ましい。一般的に比表面積と平均粒径は反比例の関係にある。すなわち、小粒径粒子は比表面積が大きく大粒径粒子は比表面積が小さい。本指標は、粒子径に依存しない粒子表面の平滑性や多孔性による実質的な反応面積を反映しており、正極活物質が電池内において電解液と反応する際の反応性を間接的に示している。
また、〔比表面積×平均粒径〕は、大きいほど正極活物質の性能を向上させることができる点で有利であるが、本発明において得られる正極活物質の場合、その上限値は、20程度であることが好ましい。
正極活物質の比表面積は、粒子の表面凹凸を増加させる、粒子を多孔質化する、粒子を中空にするなどの方法によって大きくすることができるが、中空粒子とした場合には、正極活物質粒子を製造する工程における焼成条件が比表面積に与える影響を少なくできるので、比表面積の安定化に有利である。
したがって、本発明の正極活物質は、一次粒子によって形成された外殻部と、この外殻部によって囲まれた中空な空間を有する中空粒子であることが好ましい。かかる構造であれば、外殻部の一次粒子の粒界間に、中空な空間と粒子外部との間を連通する通路が形成される。すると、粒界間の通路を通って中空な空間内に電解液が浸入して、粒子外表面の反応界面だけでなく中空な空間を囲む粒子内部の一次粒子表面における反応界面においてもリチウムの挿脱入が行われる。すると、正極活物質の正極活物質と電解液との反応面積が十分に大きいので、かかる正極活物質で形成された正極を使用した電池は高出力電池が可能となるので、好ましい。
本発明の正極活物質は、前記一般式(II)において、リチウムの原子比tが0.95〜1.15の範囲内にある。リチウムの割合が上記範囲よりも小さい場合、当該正極活物質が用いられた非水系電解質二次電池における正極の反応抵抗が大きくなることから電池の出力が低くなり、リチウムの原子比tが上記範囲よりも多い場合、正極活物質の初期放電容量が低下するとともに、正極の反応抵抗が増加する。リチウムの原子比tは、1.0〜1.15であることがより好ましい。
本発明の正極活物質の製造方法は、上記平均粒径、粒度分布、反応面積、粒子内部構造および組成となるように正極活物質を製造することができるのであれば、とくに限定されないが、以下の方法を採用すれば、本発明の正極活物質をより確実に製造することができるので、好ましい。
以下、各工程を説明する。
熱処理工程は、ニッケル複合水酸化物粒子(以下、単に複合水酸化物粒子という)を加熱して熱処理する工程であり、複合水酸化物粒子に含有されている水分が除去される。この熱処理工程を行うことによって、複合水酸化物粒子中に焼成工程まで残留している水分を減少させることができる。言い換えれば、この熱処理工程により、複合水酸化物粒子を複合酸化物粒子に転換することができるので、製造される正極活物質中の金属の原子数およびリチウムの原子数の割合がばらつくことを防ぐことができる。
混合工程は、熱処理工程で複合水酸化物を熱処理することによって得られた粒子(以下、熱処理粒子という)と、リチウム化合物とを混合することにより、リチウム混合物を得る工程である。
なお、熱処理粒子とは、熱処理工程で残留水分が除去されたニッケル複合水酸化物粒子や、熱処理工程で酸化物に転換されたニッケル複合酸化物粒子、またはそれらの混合粒子を意味する。
焼成工程は、上記混合工程で得られたリチウム混合物を焼成して、リチウムニッケル複合酸化物を形成する工程である。焼成工程においてリチウム混合物を焼成すると、熱処理粒子中に、リチウム化合物中のリチウムが拡散するので、リチウムニッケル複合酸化物が形成される。
リチウム混合物の焼成温度は、700〜850℃、好ましくは720〜820℃である。
焼成温度が700℃未満であると、熱処理粒子中へのリチウムの拡散が十分に行われなくなり、余剰のリチウムおよび未反応の粒子が残ったり、結晶構造が十分整わなくなったりして、十分な電池特性が得られなくなる。また、焼成温度が850℃を超えると、熱処理粒子間で激しく焼結が生じるとともに、異常粒子が生じるおそれがある。したがって、焼成後の粒子が粗大となってしまい粒子形態(後述する球状二次粒子の形態)を保持することができなくなるおそれがあり、正極活物質を形成したときに、比表面積が低下して正極の抵抗が上昇して電池容量が低下する。
リチウム混合物の焼成時間、すなわち、焼成温度における保持時間は、好ましくは3時間以上であり、より好ましくは6〜24時間である。3時間未満では、リチウムニッケル複合酸化物の生成が十分に行われないことがある。
リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムなどを使用した場合には、700〜850℃の温度で焼成する前に、焼成温度よりも低く、かつ、水酸化リチウム、炭酸リチウムなどのリチウム化合物と熱処理粒子が反応し得る温度で仮焼することが好ましい。このような温度でリチウム混合物を保持すれば、熱処理粒子へのリチウムの拡散が十分に行われ、均一なリチウムニッケル複合酸化物を得ることができる。例えば、水酸化リチウムを使用する場合であれば、400〜550℃の温度で1〜10時間程度保持して仮焼することが好ましい。
リチウム混合物を焼成する際の雰囲気は、酸化性雰囲気であることが好ましく、酸素濃度が18〜100容量%の雰囲気であることがより好ましい。酸素濃度が18容量%未満である場合には、熱処理された粒子に含まれているニッケル複合水酸化物粒子を十分に酸化させることができず、リチウムニッケル複合酸化物の結晶性が十分でない状態になるおそれがある。したがって、リチウム混合物の焼成は、大気または酸素気流中で行うことが好ましい。電池特性を考慮すると、酸素気流中でリチウム混合物を焼成することが好ましい。
また、熱処理粒子にリチウム化合物の混合割合を化学量論比よりも高くした場合は、焼成後にリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面にリチウム化合物が残留する可能性がある。したがって、かかる残留した余剰のリチウム化合物を除去するために、焼成後にリチウムニッケル複合酸化物粒子を水洗することが好ましい。リチウムニッケル複合酸化物粒子の表面に余剰のリチウム化合物が残留していると、このリチウムニッケル複合酸化物粒子からなる正極活物質を用いた正極を非水系二次電池に使用した場合には、非水系二次電池内において副反応を引き起こしガス発生による電池の膨張などの原因となるため安全性を損なうおそれがあるからである。
さらに、水洗後、濾過された粒子の乾燥は、通常の乾燥方法および条件によって行うことができ、真空乾燥等を用いることができる。
本発明のニッケル複合水酸化物粒子(以下、単に本発明の複合水酸化物粒子という)に用いられるニッケル複合水酸化物は、 一般式(I):
Ni1−x−yCoxMy(OH)2+α (I)
(式中、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、0≦α≦0.5、Mは添加元素であり、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)
で表される。本発明の複合水酸化物粒子は、複数の一次粒子が凝集して形成された球状の二次粒子である。
本発明の複合水酸化物粒子の平均粒径は、2〜7μmである。本発明の複合水酸化物粒子の平均粒径が2〜7μmであるので、本発明の複合水酸化物粒子を原料として調製された正極活物質は、通常、所定の平均粒径(2〜8μm)を有する。本発明の複合水酸化物粒子の平均粒径が2μm未満である場合、正極活物質の平均粒径が小さくなり、正極の充填密度が低下して、容積あたりの電池容量が低下する。また、本発明の複合水酸化物粒子の平均粒径が7μmを超えると、得られる正極活物質の比表面積が低下し、正極活物質と電解液との接触面積が減少するので、正極の抵抗が上昇して電池の出力特性が低下するからである。本発明の複合水酸化物粒子は、所定の平均粒径を有するので、これを原料として調製された本発明の正極活物質が用いて形成した正極を有する電池は、優れた電池特性となる。
本発明の複合水酸化物粒子では、その粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が、0.55以下となるように調整されている。正極活物質の粒度分布は、原料である複合水酸化物粒子による影響を強く受けるため、複合水酸化物粒子に微粒子または粗大粒子が混入しているとき、正極活物質にもこれと同様の粒子が存在するようになる。したがって、〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55を超えると、正極活物質にも微粒子または粗大粒子が存在するようになる。本発明の複合水酸化物粒子では、〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55以下となるように調整されているので、本発明の複合水酸化物粒子を原料として調製された正極活物質の粒度分布の範囲が狭くなり、粒径が均一化される。したがって、得られる正極活物質の指標〔(d90−d10)/平均粒径〕を0.65以下とすることができる。これにより、本発明の複合水酸化物粒子を原料として調製された正極活物質で形成された電極を有する電池を、良好なサイクル特性および出力を有するものとすることができるのである。
本発明の複合水酸化物粒子は、中心部と、中心部の外側に形成された外殻部と、を有する二次粒子である。この複合水酸化物粒子の中心部は、外殻部に比べて微細な一次粒子がランダムに連なって形成されており、内部に隙間の多い構造となっている。一方、外殻部は、中心部を形成する一次粒子よりも大きな板状一次粒子によって形成されている。
この複合水酸化物粒子の内部構造は、空気中での熱処理により熱処理粒子とした場合にも維持される。
この熱処理粒子とリチウム化合物を混合して焼成すると、リチウム化合物との反応は、粒子の外殻部から始まり、リチウムが外郭部から内部に拡散すると同時に反応して結晶が成長していく。その過程において、低密度となっている中心部の微細な一次粒子は外側から成長してくる結晶に吸収されるように物質移動が起こりリチウムと反応していくために、中心部の内部には空間が形成される。
したがって、上記のごとく複合水酸化物粒子が中心部と外殻部とを有していれば、複合水酸化物粒子を焼成して得られる正極活物質は、電解液との反応面積を十分に大きくできるので、かかる正極活物質で形成された正極を使用した電池は高出力電池とすることが可能となるので、好ましい。
なお、複合水酸化物粒子の外殻部の平均厚みは、正極活物質粒子の外殻部分の平均厚みを測定する方法と同様の方法(段落0057参照)を用いて測定することができる。
また、複合水酸化物粒子の外殻部を形成する板状一次粒子は、平均粒径0.3〜3μmが好ましく、0.5〜1.5μmがより好ましい。外殻部の板状一次粒子の平均粒径が0.3μm未満であると、密度の高い外郭部が形成されない。一方、3μmを越えると、球状の二次粒子を保つことが難しくなり好ましくない。
なお、各複合水酸化物粒子において、中心部を形成する一次粒子の粒径および外殻部を形成する板状一次粒子の粒径は、正極活物質の外殻部分の厚み測定と同様に、各複合水酸化物粒子の断面を走査型電子顕微鏡観察することによって測定できる(段落0057参照)。つまり、断面観察が可能な状態となった複合水酸化物粒子の断面観察し、その断面において、複合水酸化物粒子の中心部および外殻部を形成する複数の一次粒子について最大径を各一次粒子の粒径として測定し、複数の一次粒子の粒径の平均値を計算することで、各複合水酸化物粒子の中心部および外殻部の一次粒子の粒径を求めることができる。
本発明の複合水酸化物粒子は、一般式(I)で表される組成を有するので、本発明の複合水酸化物粒子を用いることにより、正極活物質である複合酸化物を製造する際の原料に適した複合水酸化物を形成することができる。そして、この複合水酸化物を原料として調製されたリチウムニッケル複合酸化物を製造すれば、このリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質とする電極を電池に用いた場合には、測定される正極抵抗の値を低くすることができるので、電池の出力特性が良好となる。
したがって、本発明の複合水酸化物粒子の組成比は、得ようとする正極活物質と同様となるように調整しておくことが好ましい。
本発明の複合水酸化物粒子の製造方法は、
a)ニッケル複合水酸化物の粒子における金属の原子比に対応する金属の原子比を有する金属化合物を含み、実質的に金属錯イオン形成剤を含まない反応水溶液(核生成用水溶液)のpHを液温25℃基準で11.5〜13.2に制御して核生成を行う核生成工程と、
b)核生成工程で得られた核を含有し、反応水溶液(粒子成長用水溶液)のpHを液温25℃基準で9.5〜11.0に制御して核を成長させる粒子成長工程と、
から構成される。
核生成工程では、図1に示すように、一般式(I)で表わされるニッケル複合水酸化物の粒子における金属の原子比に対応する金属の原子比を有する金属化合物を含む実質的に金属錯イオン形成剤を含まない核生成用水溶液を調製して、この核生成用溶液中で核を生成させる。この核生成用溶液は、混合水溶液と反応前水溶液とを混合して調製する。
なお、反応前水溶液は、アルカリ水溶液の供給量を調整して、そのpH値が、液温25℃におけるpHで11.5〜13.2の範囲になるように調節される。なお、反応前水溶液の温度は60℃以上、より好ましくは60℃を越え、80℃以下となるように調節する。
核生成工程が終了すると、液温25℃におけるpHで9.5〜11.0となるように調整された粒子成長用水溶液中で、核生成工程で生成された核を成長させる。粒子成長用水溶液は、核生成工程が終了した核生成用水溶液へのアルカリ水溶液の供給量を調整して、pHを9.5〜11.0に調整することによって得ることができる。
しかも、粒子成長用水溶液のpHおよび温度が上記のごとく調整されており、核生成工程よりも水酸化物モノマーの溶解度が高い環境で行われるため、粒子成長工程における水酸化物の析出形態は、核生成工程において析出する水酸化物の析出形態と異なるものとなる。このため、粒子成長工程では、核生成工程で生成した核粒子の外殻部分に、核粒子を構成する一次粒子より大きな板状粒子が成長する。つまり、粒子成長工程において形成される複合水酸化物粒子は、中心部と外殻部とを有する粒子であって、両部分を構成する一次粒子の粒径や形状が異なりしかも各部分の密度が異なる粒子となる。
そして、所定の粒径を有する複合水酸化物粒子が所定の量だけ生成されると、粒子成長工程を終了する。所定の粒径を有する複合水酸化物粒子の生成量は、核生成用水溶液に添加した金属化合物の量によって判断する。
複合水酸化物粒子の粒径は粒子成長工程の時間により制御できるので、所望の粒径に成長するまで粒子成長工程を継続すれば、所望の粒径を有する複合水酸化物粒子を得ることができる。
また、複合水酸化物粒子の粒径は、粒子成長工程のみならず、核生成工程のpH値と核生成のために投入した原料量でも制御することができる。
すなわち、核生成時のpH値を高pH値側とすることにより、あるいは核生成時間を長くすることにより投入する原料量を増やし、生成する核の数を多くする。すると、粒子成長工程を同条件とした場合でも複合水酸化物粒子の粒径を小さくできる。
一方、核生成数が少なくするように制御すれば、得られる前記複合水酸化物粒子の粒径を大きくすることができる。
核生成工程にて生成する核は、複合水酸化物粒子の中心部となるが、微細一次粒子がランダムに凝集した構造となる。一方、核粒子成長工程にて生成する外殻部は、上記微細一次粒子より大きな粒径の一次粒子がランダムに凝集した構造を持つ。かかる粒子内部の中心部と外殻部の割合は、核生成工程と粒子成長工程に投入する原料量の割合あるいは各工程時間の割合により変化させることができる。
(A)金属化合物
金属化合物としては、一般式(I)で表わされるニッケル複合水酸化物の粒子における金属の原子比に対応する金属の原子比を有する金属化合物が用いられる。金属化合物は、一般式(I)で表わされるニッケル複合水酸化物における金属の原子比に対応する金属の原子比を有するようにするために、1種類または2種類以上の金属化合物で構成される。
一般式(I)においては、Mは添加元素を示す。添加元素は、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素である。添加元素を含有する化合物は、水溶性の化合物を用いることが好ましい。添加元素を含有する化合物としては、例えば、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸マンガン、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウムなどを挙げることができるが、本発明は、かかる例示にのみ限定されるものではない。
また、複合水酸化物粒子の表面を添加元素で被覆する工程は、複合水酸化物粒子を加熱したあとの粒子、つまり、前述した熱処理粒子に対して行ってもよい。
核生成用水溶液は、複数の金属化合物水溶液を混合することによって調製することができる。
なお、本発明の製造方法では、核生成用水溶液には、複数の金属化合物と錯塩を形成する錯イオン形成剤を実質的に含有しない溶液を使用する。なぜなら、核生成用水溶液に錯イオン形成剤が含まれている場合、ニッケルおよびコバルトの溶解度が上昇するため、複合水酸化物の析出速度が低下して一次粒子が成長しやすくなるため、微細な一次粒子が凝集した核、つまり、複合水酸化物粒子の二次粒子の中心部となる核を形成することができなくなるからである。典型的な錯イオン形成剤としては、アンモニアイオン供給体が挙げられる。また、上記実質的に含有しないとは、反応水溶液中での上記金属化合物の溶解度に影響を及ぼさない程度以下の含有を意味するものであり、例えば、アンモニアイオンにおいては、通常に用いられる分析で検出されない程度の濃度が好ましいが、0〜0.1g/L程度や、0〜0.1g/L程度でもよい。
核生成用水溶液形成に用いる混合水溶液における金属化合物の濃度は、1〜2.2mol/Lであることが好ましい。混合水溶液における金属化合物の濃度が1mol/L未満でも複合水酸化物粒子を晶析反応させることは可能であるが、晶析物量が少なくなることから生産性が低くなる。一方、混合水溶液の濃度が2.2mol/Lを超えると、結晶が析出して設備の配管を詰まるおそれがある。なお、2種類以上の金属化合物を用いる場合、各金属化合物の水溶液を調整し、核生成用水溶液における金属化合物の濃度が所定の範囲内となるように、各水溶液を所定の割合で用いてもよい。
核生成用水溶液は、液温25℃におけるpHで11.5〜13.2に制御される。このように、核生成用水溶液のpHが制御されているので、核の成長を抑制してほぼ核生成のみを起こすことができ、形成される核が均質かつ粒度分布の範囲が狭いものとなる。
なお、液温25℃におけるpHで13.2より高い場合、核を形成する一次粒子および核が微細になり過ぎ、反応水溶液がゲル化する問題があるし、pH値が11.5未満では、核形成とともに核の成長反応に生成される大きな板状粒子の生成が生じるので、形成される核粒子の一次粒子が微粒子と粗大粒子が混在した形態となり、しかも、核粒子そのものの粒度分布が広くなり不均質なものとなる。したがって、核生成用水溶液のpHは、液温25℃基準で11.5〜13.2、好ましくは12.0〜13.0である。
核生成工程で生成する核の量は特に限定されるものではないが、粒度分布の良好な複合水酸化物粒子を得る観点から、好ましくは複合水酸化物粒子を得るために供給する全金属化合物の0.1〜5質量%、より好ましくは0.1〜2.5質量%である。
核生成用水溶液の温度は、好ましくは60℃以上、より好ましくは60℃を越え、80℃以下、さらに好ましくは65〜80℃に設定する。反応液の温度が60℃未満の場合、温度が低いためニッケルおよびコバルトの溶解度が低くなり過ぎ、核が生成しやすくなり、その制御が困難となる傾向がある。なお、80℃を越えても晶析反応は可能であるが、工業的には高温に保つためのコストや安全上のリスクが高まるため好ましくない。
核生成工程における雰囲気は、特に制限されるものではないが、核を安定して生成させる観点から、過度の酸化性雰囲気は好ましくない。したがって、核生成工程における雰囲気は、酸素濃度が空気中の酸素濃度よりも低いことが好ましい。例えば、反応槽内空間の酸素濃度を10容量%以下の雰囲気中で核生成工程を行った場合には、粒子の不要な酸化を抑制し、粒度が揃った粒子を得ることができる。特に、少なくとも後述する粒子成長工程において、酸素濃度の制御を行うことがより好ましい。
雰囲気中の酸素濃度は、例えば、窒素などの不活性ガスを用いて調整することができる。雰囲気中の酸素濃度が所定の濃度となるように調節するための手段としては、例えば、当該雰囲気中に常に雰囲気中に流通させることが挙げられる。
核生成工程では、反応が完了するまで生成物を回収しない方式の装置が用いられる。前記装置としては、例えば、撹拌機が設けられているバッチ反応槽などが挙げられる。かかる装置を用いた場合、一般的なオーバーフローによって生成物を回収する連続晶析装置のように成長中の粒子がオーバーフロー液と同時に回収されるという問題が生じないので、粒度分布が狭く粒径の揃った粒子を容易に得ることができる。また、反応雰囲気を制御する場合には、前記装置として、密閉式の装置などの雰囲気制御可能な装置を用いることが好ましい。このような装置を用いれば、核の生成がほぼ均一に進むので、粒径分布の優れた粒子(つまり、粒度分布の範囲の狭い粒子)を得ることができる。
粒子成長用水溶液は、液温25℃におけるpHで9.5〜11.0となるように調整されているので、粒子成長用水溶液中では新たな核がほとんど生成しない。
粒子成長用水溶液のpHが液温25℃基準で11.0よりも高い場合、新たに核粒子が発生する確率が高まるので、粒径分布が良好な複合水酸化物粒子が得られなくなる。一方、粒子成長用水溶液のpHが液温25℃基準で9.5未満の場合には、金属化合物の溶解度が高くなるので、複合水酸化物として析出せずに液中に残存する金属イオン量が増えるため好ましくない。したがって、粒子成長用水溶液pHは、液温25℃基準で9.5〜11.0、好ましくは9.7〜10.7である。
核生成工程および粒子成長工程においては、複合水酸化物が晶出するので、反応水溶液中の金属成分などが減少するので、反応水溶液に混合水溶液が供給される。しかし、反応水溶液中の金属成分に対する溶媒である水の割合が増加すると、見かけ上、反応水溶液に供給される混合水溶液の濃度が低下するようになるから、粒子成長工程において、複合水酸化物粒子が十分に成長しない可能性がある。
また、核生成工程が終了した後の核生成用水溶液のpHを調整することにより粒子成長用水溶液を形成すれば、核生成工程から粒子成長工程への移行を迅速に行うことができる。つまり、核生成用水溶液に用いられるpH調整剤の使用を一時的に停止することにより、核生成工程から粒子成長工程へ容易に移行することができる。なお、上記pH調整は、例えば、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸などを用いてもよい。無機酸の中では、原料の金属化合物を構成する酸と同種の無機酸、例えは、硫酸塩の場合は硫酸を用いることが好ましい。
核生成工程と粒子成長工程との相違点は、核生成工程および粒子成長工程で制御されるpHが相違する点にあり、金属化合物、反応温度、雰囲気などの条件は、両工程において実質的に同様である。
複合水酸化物および正極活物質の平均粒径および粒度分布(〔(d90−d10)/平均粒径〕値)は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて測定した体積積算値から算出している。
比表面積は、流動方式ガス吸着法比表面積測定装置(ユアサアイオニクス社製マルチソーブ)により測定した。
また、X線回折測定装置(パナリティカル社製、X‘Pert
PRO)により、複合水酸化物および正極活物質の結晶構造を確認し、得られた複合水酸化物および正極活物質の組成は、試料1gを純水100mlに溶解した後、ICP発光分光法により確認した。
さらに、複合水酸化物粒子及び複合酸化物粒子の表面形状は、走査型電子顕微鏡で観察した。また、内部構造はクロスセクションポリッシャーにて断面加工を施した後に、走査型電子顕微鏡で観察した。
二次電池の性能の評価には、図8に示す2032型コイン電池(以下、コイン型電池1という)を使用した。
図8に示すように、コイン型電池1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。
ケース2は、中空かつ一端が開口された正極缶2aと、この正極缶2aの開口部に配置される負極缶2bとを有しており、負極缶2bを正極缶2aの開口部に配置すると、負極缶2bと正極缶2aとの間に電極3を収容する空間が形成されるように構成されている。
電極3は、正極3a、セパレータ3cおよび負極3bとからなり、この順で並ぶように積層されており、正極3aが正極缶2aの内面に接触し、負極3bが負極缶2bの内面に接触するようにケース2に収容されている。
なお、ケース2はガスケット2cを備えており、このガスケット2cによって、正極缶2aと負極缶2bとの間が電気的絶縁状態を維持するように相対的な移動が固定されている。また、ガスケット2cは、正極缶2aと負極缶2bとの隙間を密封してケース2内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。
まず、非水系電解質二次電池用正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgを混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形して、正極3aを作製した。作製した正極3aを真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。
この正極3aと、負極3b、セパレータ3cおよび電解液とを用いて、上述したコイン型電池1を、露点が−80℃に管理されたアルゴンガス(Ar)雰囲気のグローブボックス内で作製した。
なお、負極3bには、直径14mmの円盤状に打ち抜かれた平均粒径20μm程度の黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。また、セパレータ3cには膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。電解液には、1MのLiClO4を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。
初期放電容量は、コイン型電池1を製作してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。
サイクル容量維持率は、正極に対する電流密度を2mA/cm2として、4.2Vまで充電して3.0Vまで放電を行うサイクルを500回繰り返し、充放電を繰り返した後の放電容量と初期の放電容量の比を計算して容量維持率とした。充放電容量の測定には,マルチチャンネル電圧/電流発生器(株式会社アドバンテスト製、R6741A)を用いた。
また、正極抵抗は、コイン型電池1を充電電位4.1Vで充電して、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット(ソーラトロン製、1255B)を使用して交流インピーダンス法により測定すると、図9に示すナイキストプロット得られる。このナイキストプロットに基づき等価回路を用いてフィッティング計算して、正極抵抗の値を算出した。
(複合水酸化物製造工程)
複合水酸化物は、本発明の方法を用いて、以下のようにして調製した。
まず、反応槽(34L)内に水を反応槽の半分の量まで入れて撹拌しながら、槽内温度を70℃に設定し、反応槽に窒素ガスを流通させて窒素ガス雰囲気とした。このときの反応槽内空間の酸素濃度は2.0容量%であった。
次に、硫酸ニッケルと硫酸コバルトを水に溶かして1.8mol/Lの混合水溶液を得た。この混合水溶液では、各金属の元素モル比が、Ni:Co=0.76:0.14となるように調整した。
その後、核生成用水溶液のpHが液温25℃基準で10.2(粒子成長pH)になるまで、25%水酸化ナトリウム水溶液の供給のみを一時停止して、粒子成長用水溶液を得た。
前記複合水酸化物粒子を、空気(酸素濃度:21容量%)気流中にて温度700℃で6時間の熱処理を行い、複合酸化物粒子を得た。
前記正極活物質を使用して形成された正極を有するコイン型電池1について、充放電試験を行ったところ、図5に示すように、コイン型電池1の初期放電容量は181.5mAh/gであり、500サイクル後の放電容量は163.4mAh/gであり、容量維持率は90%であった。また、正極抵抗は、3.2Ωであった。
焼成後に水洗してスラリー濃度が1000g/Lとなるように水とを混合して撹拌した後、濾過し乾燥した以外は実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の性能を実施例1と同様にして調べた。
複合水酸化物製造工程において金属元素がモル比でNi:Co:Al:Ti=0.756:0.139:0.100:0.005となるように酸化チタン粉末を混合した以外は実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の性能を実施例1と同様にして調べた。得られた複合水酸化物粒子は、粒径0.05μmの一次粒子を有する中心部と粒径0.8μmの一次粒子を有する外殻部が観察され、外殻部の厚みは1.2μmであった。
複合水酸化物製造工程における、核生成工程での反応時間を30秒にしたこと以外は実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の性能を実施例1と同様にして調べた。得られた複合水酸化物粒子は、粒径0.05μmの一次粒子を有する中心部と粒径1μmの一次粒子を有する外殻部が観察され、外殻部の厚みは1.5μmであった。
複合水酸化物製造工程において金属元素がモル比でNi:Co:Nb=0.76:0.14:0.005となるように混合水溶液を調製して晶析し、Ni:Co:Nb:Al=0.756:0.139:0.005:0.100になるように水酸化アルミニウムの被覆を施した以外は、実施例1と同様にして複合水酸化物を得た。得られた複合水酸化物粒子は、粒径0.05μmの一次粒子を有する中心部と粒径0.8μmの一次粒子を有する外殻部が観察され、外殻部の厚みは1.2μmであった。
複合水酸化物製造工程において金属元素がモル比でNi:Co:Zr=0.76:0.14:0.005となるように混合水溶液を調製して晶析し、Ni:Co:Zr:Al=0.756:0.139:0.005:0.100になるように水酸化アルミニウムの被覆を施した以外は、実施例1と同様にして複合水酸化物を得た。得られた複合水酸化物粒子は、粒径0.05μmの一次粒子を有する中心部と粒径0.8μmの一次粒子を有する外殻部が観察され、外殻部の厚みは1.2μmであった。
複合水酸化物製造工程において金属元素がモル比でNi:Co:W=0.76:0.14:0.005となるように混合水溶液を調製して晶析し、Ni:Co:W:Al=0.756:0.139:0.005:0.100になるように水酸化アルミニウムの被覆を施した以外は、実施例1と同様にして複合水酸化物を得た。
熱処理温度を550℃に、焼成温度を745℃にした以外は実施例1と同様にして非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の性能を実施例1と同様にして調べた。
複合水酸化物製造工程において金属元素がモル比でNi:Co:Ti=0.82:0.15:0.03となるように金属塩溶液を調製して晶析し、水酸化アルミニウムの被覆を施さない以外は、実施例1と同様にして複合水酸化物を得た。
得られた複合水酸化物を用いた正極活物質製造工程において、焼成温度を780℃にしたこと以外は実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の性能を実施例1と同様にして調べた。
複合水酸化物製造工程において、槽内温度を65℃とし、液のpHを液温25℃基準で13.0として30秒間核生成させ、その後、反応液のpH値が液温25基準で10.8(粒子成長pH値)になるまで、25%水酸化ナトリウム水溶液の供給のみを一時停止し、液温25℃基準のpH値として、反応液のpH値が10.8に到達した後、再度、25%水酸化ナトリウム水溶液の供給を再開し、pH値を10.8に制御したまま、2時間晶析を継続し粒子成長を行った以外は実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の性能を実施例1と同様にして調べた。得られた複合水酸化物粒子は、粒径0.05μmの一次粒子を有する中心部と粒径0.9μmの一次粒子を有する外殻部が観察され、外殻部の厚みは1.2μmであった。
上部にオーバーフロー用配管を備えた連続晶析用の反応槽を用いて、pHを液温25℃基準で12.0の一定値に保ちながら、実施例1と同様の金属塩液とアンモニア水溶液および中和液を一定流量で連続的に加えて、オーバーフローするスラリーを連続的に回収する一般的な方法により晶析を行った。槽内の平均滞留時間を10時間として、連続槽内が平衡状態になってからスラリーを回収して固液分離して晶析物を得たこと以外は実施例1と同様にして非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の性能を実施例1と同様にして調べた。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質は、中実構造を有したものとなっていた。
核生成時と成長時のpHを液温25℃基準で11.6の一定値に保った以外は、実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の性能を実施例1と同様にして調べた。得られた複合水酸化物粒子は、内部が均質な構造となり、非水系電解質二次電池用正極活物質も中実構造を有したものとなっていた。
核生成時と成長時において、反応液のpHをいずれも液温25℃基準で12.6の一定値に保った以外は、実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物を得た。
全反応期間において新たな核が生成したために、粒度分布が広くゲル状の析出物を含む不定形の粒子となり、固液分離が困難であり処理を中止した。
焼成条件を860℃、12時間とした以外は実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得るとともに評価した。X線回折測定の結果からは、六方晶の結晶構造が崩れており、正極活物質としての性能が期待できないため電池評価は行わなかった。
焼成条件を680℃とした以外は実施例1と同様にして、非水系電解質二次電池用正極活物質を得た。得られた非水系電解質二次電池用正極活物質の性能を実施例1と同様にして調べた。なお初期容量が大幅に低下しているため、サイクル容量維持率の評価は実施しなかった。
図5の表に示された結果から、以下のことがわかる。
実施例1〜9で得られた複合水酸化物粒子および正極活物質は、本発明に従って製造されたため、平均粒径および粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕値のいずれもが好ましい範囲にあり、粒径分布が良好で粒径がほぼ揃った粒子となっている。これらの正極活物質を用いたコイン型電池1は、初期放電容量が高く、サイクル特性に優れ、正極抵抗も低いものとなっており、優れた特性を有した電池となっている。
比較例2では、核成長時と粒子成長時のpHがいずれもpH12以下であるたため、核生成量が不足し、複合水酸化物粒子、正極活物質ともに大粒径となっている。このため、この正極活物質を用いたコイン型電池1は、反応表面積が不足して高い正極抵抗となっている。
また、本発明の非水系電解質二次電池は、優れた安全性を有し、小型化、高出力化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源として好適である。
なお、本発明は、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用するいわゆるハイブリッド車用の電源としても用いることができる。
2 ケース
3 電極
3a 正極
3b 負極
3c セパレータ
Claims (21)
- 一般式(I):
Ni1−x−yCoxMy(OH)2+α (I)
(式中、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、0≦α≦0.5、Mは添加元素であり、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)
で表されるニッケル複合水酸化物の粒子を製造する製造方法であって、
前記ニッケル複合酸化物の粒子における金属の原子比に対応する金属の原子比を有する金属化合物を含む実質的に錯イオン形成剤を含まない核生成用水溶液のpHを液温25℃基準で11.5〜13.2となるように制御して一次粒子からなる核を生成する核生成工程と、
該核生成工程で得られた前記核を含有する粒子成長用水溶液のpHを液温25℃基準で9.5〜11.0となるように制御して、前記核の外面に該核を形成する一次粒子よりも大きな板状一次粒子からなる外殻部を形成させる粒子成長工程とからなる
ことを特徴とするニッケル複合水酸化物粒子の製造方法。 - 前記核生成工程が終了した後の前記核生成用水溶液のpHを調整することにより、前記粒子成長用水溶液を形成させる
ことを特徴とする請求項1記載のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法。 - 前記粒子成長に適した水溶液を形成し、該水溶液に前記核生成工程において形成された核を添加して、前記粒子成長用水溶液を形成させる
ことを特徴とする請求項1記載のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法。 - 前記核生成工程後に、前記粒子成長用水溶液の液体部の一部を排出した後、前記粒子成長工程を行う
ことを特徴とする請求項1、2または3記載のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法。 - 前記核生成工程および前記粒子成長工程において、各水溶液の温度を、60℃以上に維持する
ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法。 - 前記粒子成長工程で得られたニッケル複合水酸化物に、分子中に1種以上の前記添加元素を有する化合物を被覆する
ことを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載のニッケル複合水酸化物粒子の製造方法。 - 一般式(I):
Ni1−x−yCoxMy(OH)2+α (I)
(式中、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、0≦α≦0.5、Mは添加元素であり、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)
で表されるニッケル複合水酸化物からなり、複数の一次粒子が凝集して形成された球状の二次粒子であり、
該二次粒子は、
平均粒径が2〜7μmであり、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.55以下であり、
一次粒子からなる中心部と、該中心部の外側に該中心部を形成する一次粒子よりも大きな板状または針状の一次粒子からなる外殻部と、を有する
ことを特徴とするニッケル複合水酸化物粒子。 - 前記中心部を形成する一次粒子は、平均粒径0.01〜0.3μmであり、
前記板状一次粒子は、平均粒径0.3〜3μmである
ことを特徴とする請求項7記載のニッケル複合水酸化物粒子。 - 前記中心部を形成する一次粒子は、板状および/または針状である
ことを特徴とする請求項7または8記載のニッケル複合水酸化物粒子。 - 前記二次粒子は、前記外殻部の厚みが0.3〜3μmである
ことを特徴とする請求項7、8または9記載のニッケル複合水酸化物粒子。 - 前記二次粒子は、
1種以上の前記添加元素が、その内部に均一に分布および/またはその表面を均一に被覆している
ことを特徴とする請求項7、8、9または10記載のニッケル複合水酸化物粒子。 - 請求項1、2、3、4、5または6記載の製造方法によって生成されたものである
ことを特徴とする請求項7、8、9、10または11記載のニッケル複合水酸化物粒子。 - 一般式(II):
LitNi1−x−yCoxMyO2 (II)
(式中、0.95≦t≦1.15、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、Mは添加元素であり、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)
で表され、リチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質の製造方法であって、
請求項7、8、9、10、11または12記載のニッケル複合水酸化物粒子を熱処理する工程と、
前記熱処理後の粒子をリチウム化合物と混合してリチウム混合物を形成する混合工程と、
該混合工程で形成された前記リチウム混合物を、700〜850℃の温度で焼成する焼成工程と有する
ことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 - 前記リチウム混合物に含まれるリチウムの原子数とリチウム以外の金属の原子数の和との比(リチウムの原子数/リチウム以外の金属の原子数の和)を、0.95/1〜1.15/1に調整する
ことを特徴とする請求項13記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 - 前記焼成工程後に水洗して濾過、乾燥する
ことを特徴とする請求項13または14記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 - 前記焼成工程の前に、前記リチウム化合物と前記熱処理後の粒子が反応し得る温度で仮焼する
ことを特徴とする請求項13、14または15記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 - 一般式(II):
LitNi1−x−yCoxMyO2 (II)
(式中、0.95≦t≦1.15、0≦x≦0.22、0≦y≦0.15、x+y<0.3、Mは、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、MoおよびWからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を示す)
で表され、リチウム含有複合酸化物により構成されるリチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質であって、
平均粒径が2〜8μmであり、粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90−d10)/平均粒径〕が0.65以下であって
反応面積の大きさを示す指標である〔比表面積×平均粒径〕が5.5以上である
ことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質。 - 前記非水系電解質二次電池用正極活物質であって、リチウムニッケル複合酸化物粒子の中心部に空間部と該空間部の外側に前記リチウムニッケル複合酸化物からなる外殻部を有する中空粒子である
ことを特徴とする請求項15記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 - 前記リチウムニッケル複合酸化物粒子の断面において、外殻部の平均厚みが0.3〜3μmである
ことを特徴とする請求項15または16記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 - 請求項13、14、15または16の製造方法によって生成されたものである
ことを特徴とする請求項17、18または19記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。 - 請求項17、18、19または20記載の非水系電解質二次電池用正極活物質によって形成された正極を含む
ことを特徴とする非水系電解質二次電池。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2011/001943 WO2012131779A1 (ja) | 2011-03-31 | 2011-03-31 | ニッケル複合水酸化物粒子および非水系電解質二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP4840545B1 true JP4840545B1 (ja) | 2011-12-21 |
JPWO2012131779A1 JPWO2012131779A1 (ja) | 2014-07-24 |
Family
ID=45475228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011530183A Active JP4840545B1 (ja) | 2011-03-31 | 2011-03-31 | ニッケル複合水酸化物粒子および非水系電解質二次電池 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9559351B2 (ja) |
JP (1) | JP4840545B1 (ja) |
KR (1) | KR101345509B1 (ja) |
CN (1) | CN103562136B (ja) |
WO (1) | WO2012131779A1 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102800857A (zh) * | 2012-09-11 | 2012-11-28 | 贵州红星发展股份有限公司 | 三元正极材料前驱体的制备方法 |
WO2013183711A1 (ja) * | 2012-06-06 | 2013-12-12 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケル複合水酸化物、非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池、およびこれらの製造方法 |
WO2014051089A1 (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケルコバルト複合水酸化物とその製造方法および製造装置、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 |
JPWO2012153379A1 (ja) * | 2011-05-06 | 2014-07-28 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
CN103975464A (zh) * | 2012-02-03 | 2014-08-06 | 株式会社Lg化学 | 锂二次电池用锂复合过渡金属氧化物的前体粒子及包含其的正极活性材料 |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2720305B1 (en) * | 2011-06-07 | 2019-02-20 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Nickel composite hydroxide and process for producing same, positive active material for nonaqueous-electrolyte secondary battery and process for producing same, and nonaqueous-electrolyte secondary battery |
JP6230540B2 (ja) * | 2012-10-15 | 2017-11-15 | 日本碍子株式会社 | リチウム二次電池用正極活物質及びそれを用いた正極 |
JP6119641B2 (ja) * | 2014-02-28 | 2017-04-26 | 三洋電機株式会社 | 円筒形非水電解液二次電池 |
JP6323117B2 (ja) * | 2014-03-28 | 2018-05-16 | 住友金属鉱山株式会社 | 非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法、及び非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法 |
JP6667985B2 (ja) * | 2014-08-15 | 2020-03-18 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | リチウムイオン(lithiumion)二次電池 |
JP6492543B2 (ja) * | 2014-10-30 | 2019-04-03 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物の製造方法及び非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法 |
JP6287970B2 (ja) * | 2014-10-30 | 2018-03-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケル複合水酸化物とその製造方法 |
KR101913906B1 (ko) * | 2015-06-17 | 2018-10-31 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지 |
JP6354995B2 (ja) * | 2015-08-07 | 2018-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 非水電解質二次電池用正極材料及びその製造方法 |
JP6479632B2 (ja) * | 2015-11-30 | 2019-03-06 | ユミコア | ニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法 |
EP3425703B1 (en) * | 2016-03-04 | 2019-09-11 | LG Chem, Ltd. | Cathode active material for secondary battery, manufacturing method therefor, and secondary battery including same |
TWI651271B (zh) * | 2016-05-27 | 2019-02-21 | 比利時商烏明克公司 | 小粒徑的鎳鋰金屬複合氧化物粉體的製造方法 |
US11569503B2 (en) | 2016-07-20 | 2023-01-31 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Nickel-based active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery including positive electrode including the nickel-based active material |
US11302919B2 (en) | 2016-07-20 | 2022-04-12 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Nickel-based active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery including positive electrode including the nickel-based active material |
US20180151876A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-05-31 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Nickel-based active material for lithium secondary battery, method of preparing nickel-based active material, and lithium secondary battery including positive electrode including nickel-based active material |
KR102172028B1 (ko) | 2016-12-02 | 2020-10-30 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬이차전지용 니켈계 활물질 전구체, 그 제조방법, 이로부터 형성된 리튬이차전지용 니켈계 활물질 및 이를 포함하는 양극을 함유한 리튬이차전지 |
JP6878586B2 (ja) | 2016-12-02 | 2021-05-26 | サムスン エスディアイ カンパニー, リミテッドSamsung Sdi Co., Ltd. | リチウム二次電池用ニッケル系活物質前駆体、その製造方法、そこから形成されたリチウム二次電池用ニッケル系活物質、及びそれを含む正極を含むリチウム二次電池 |
KR102184370B1 (ko) | 2016-12-02 | 2020-11-30 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬이차전지용 니켈계 활물질 전구체, 그 제조방법, 이로부터 형성된 리튬이차전지용 니켈계 활물질 및 이를 포함하는 양극을 함유한 리튬이차전지 |
PL3333129T3 (pl) | 2016-12-08 | 2021-03-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Aktywny materiał na bazie niklu do akumulatora litowego, metoda jego przygotowywania oraz akumulator litowy wyposażony w zawierającą ten materiał katodę |
US11456458B2 (en) | 2016-12-08 | 2022-09-27 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Nickel-based active material precursor for lithium secondary battery, preparing method thereof, nickel-based active material for lithium secondary battery formed thereof, and lithium secondary battery comprising positive electrode including the nickel-based active material |
JP6889582B2 (ja) * | 2017-03-28 | 2021-06-18 | 株式会社豊田中央研究所 | 電極活物質、蓄電デバイス用電極、蓄電デバイス及び電極活物質の製造方法 |
KR102650968B1 (ko) * | 2017-09-04 | 2024-03-26 | 삼성전자주식회사 | 양극 활물질 전구체, 이로부터 얻어진 양극활물질, 그 제조방법, 이를 포함한 양극 및 리튬전지 |
JP6876600B2 (ja) * | 2017-12-25 | 2021-05-26 | 住友金属鉱山株式会社 | 非水電解質二次電池用正極活物質の前駆体とその製造方法、及び非水電解質二次電池用正極活物質とその製造方法 |
CN109962237B (zh) * | 2017-12-26 | 2021-08-31 | 湖南杉杉能源科技股份有限公司 | 一种镍复合氢氧化物及其制造方法 |
US11251430B2 (en) | 2018-03-05 | 2022-02-15 | The Research Foundation For The State University Of New York | ϵ-VOPO4 cathode for lithium ion batteries |
JP7033258B2 (ja) * | 2018-08-30 | 2022-03-10 | トヨタ自動車株式会社 | 非水電解質二次電池用の正極 |
WO2021006124A1 (ja) * | 2019-07-08 | 2021-01-14 | 住友金属鉱山株式会社 | 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 |
CN110931772B (zh) * | 2020-02-12 | 2020-06-19 | 湖南长远锂科股份有限公司 | 一种高功率型的锂离子电池用正极材料的制备方法 |
CN111717941A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-29 | 华友新能源科技(衢州)有限公司 | 一种针状晶须的镍钴锰氢氧化物及其制备方法 |
KR102649779B1 (ko) * | 2020-10-14 | 2024-03-20 | 주식회사 엘 앤 에프 | 이차전지용 전극 활물질 |
CN112830527B (zh) * | 2021-04-22 | 2021-07-13 | 金驰能源材料有限公司 | 一种中空型正极材料的前驱体及其制备方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03252318A (ja) * | 1990-02-27 | 1991-11-11 | Kansai Shokubai Kagaku Kk | 水酸化ニッケルの製造方法 |
JP2003208895A (ja) * | 2002-01-11 | 2003-07-25 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | リチウム二次電池正極活物質用リチウムニッケル複合酸化物、その製造方法およびそれを用いたリチウム二次電池 |
JP2006344567A (ja) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池 |
JP2007265784A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および、これを用いた非水系電解質二次電池 |
JP2009117369A (ja) * | 2007-03-05 | 2009-05-28 | Toda Kogyo Corp | 非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池 |
WO2011016372A1 (ja) * | 2009-08-04 | 2011-02-10 | 住友金属鉱山株式会社 | 正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水電解質二次電池 |
WO2011067937A1 (ja) * | 2009-12-02 | 2011-06-09 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケル複合水酸化物粒子および非水系電解質二次電池 |
WO2011067935A1 (ja) * | 2009-12-02 | 2011-06-09 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6770226B2 (en) * | 1998-02-24 | 2004-08-03 | Superior Micropowders | Fine powders for use in primary and secondary batteries |
JP4096754B2 (ja) | 2003-02-18 | 2008-06-04 | 日亜化学工業株式会社 | 非水電解液二次電池用正極活物質 |
JP2008147068A (ja) | 2006-12-12 | 2008-06-26 | Ise Chemicals Corp | 非水電解液二次電池用リチウム複合酸化物 |
KR101338705B1 (ko) * | 2007-01-29 | 2013-12-06 | 유미코르 | 아일랜드-커버형 리튬 코발타이트 산화물 |
JP5137414B2 (ja) * | 2007-02-20 | 2013-02-06 | 住友金属鉱山株式会社 | 非水電解液二次電池用正極活物質およびその製造方法、ならびに、該正極活物質を用いた非水電解液二次電池 |
KR101123057B1 (ko) * | 2009-01-06 | 2012-03-20 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차전지용 양극 활물질 |
-
2011
- 2011-03-31 JP JP2011530183A patent/JP4840545B1/ja active Active
- 2011-03-31 WO PCT/JP2011/001943 patent/WO2012131779A1/ja active Application Filing
- 2011-03-31 CN CN201180071009.6A patent/CN103562136B/zh active Active
- 2011-03-31 US US14/001,722 patent/US9559351B2/en active Active
- 2011-03-31 KR KR1020137025405A patent/KR101345509B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03252318A (ja) * | 1990-02-27 | 1991-11-11 | Kansai Shokubai Kagaku Kk | 水酸化ニッケルの製造方法 |
JP2003208895A (ja) * | 2002-01-11 | 2003-07-25 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | リチウム二次電池正極活物質用リチウムニッケル複合酸化物、その製造方法およびそれを用いたリチウム二次電池 |
JP2006344567A (ja) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池 |
JP2007265784A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および、これを用いた非水系電解質二次電池 |
JP2009117369A (ja) * | 2007-03-05 | 2009-05-28 | Toda Kogyo Corp | 非水電解質二次電池用Li−Ni複合酸化物粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池 |
WO2011016372A1 (ja) * | 2009-08-04 | 2011-02-10 | 住友金属鉱山株式会社 | 正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水電解質二次電池 |
WO2011067937A1 (ja) * | 2009-12-02 | 2011-06-09 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケル複合水酸化物粒子および非水系電解質二次電池 |
WO2011067935A1 (ja) * | 2009-12-02 | 2011-06-09 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5650247B2 (ja) * | 2011-05-06 | 2015-01-07 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
US9837663B2 (en) | 2011-05-06 | 2017-12-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Lithium-ion secondary battery |
JPWO2012153379A1 (ja) * | 2011-05-06 | 2014-07-28 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
US9590242B2 (en) | 2012-02-03 | 2017-03-07 | Lg Chem, Ltd. | Precursor particles of lithium composite transition metal oxide for lithium secondary battery and cathode active material comprising the same |
EP2811555A4 (en) * | 2012-02-03 | 2015-10-21 | Lg Chemical Ltd | LITHIUM TRANSITION METAL COMPOSITE OXIDE PRECURSOR PARTICLES FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND CATHODE ACTIVE MATERIAL CONTAINING THE SAME |
CN103975464A (zh) * | 2012-02-03 | 2014-08-06 | 株式会社Lg化学 | 锂二次电池用锂复合过渡金属氧化物的前体粒子及包含其的正极活性材料 |
KR20150028804A (ko) * | 2012-06-06 | 2015-03-16 | 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 | 니켈 복합 수산화물, 비수계 전해질 이차 전지용 정극 활물질, 비수계 전해질 이차 전지, 및 이들의 제조 방법 |
JP5630593B2 (ja) * | 2012-06-06 | 2014-11-26 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケル複合水酸化物、非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池、およびこれらの製造方法 |
CN104379509A (zh) * | 2012-06-06 | 2015-02-25 | 住友金属矿山株式会社 | 镍复合氢氧化物、非水电解质二次电池用正极活性物质、非水电解质二次电池以及它们的制造方法 |
US10109849B2 (en) | 2012-06-06 | 2018-10-23 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Nickel composite hydroxide, cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, and methods for producing these |
CN104379509B (zh) * | 2012-06-06 | 2016-08-24 | 住友金属矿山株式会社 | 镍复合氢氧化物、非水电解质二次电池用正极活性物质、非水电解质二次电池以及它们的制造方法 |
US9882204B2 (en) | 2012-06-06 | 2018-01-30 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Nickel composite hydroxide, cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, and methods for producing these |
WO2013183711A1 (ja) * | 2012-06-06 | 2013-12-12 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケル複合水酸化物、非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池、およびこれらの製造方法 |
CN102800857B (zh) * | 2012-09-11 | 2014-07-09 | 贵州红星发展股份有限公司 | 三元正极材料前驱体的制备方法 |
CN102800857A (zh) * | 2012-09-11 | 2012-11-28 | 贵州红星发展股份有限公司 | 三元正极材料前驱体的制备方法 |
CN104661963A (zh) * | 2012-09-28 | 2015-05-27 | 住友金属矿山株式会社 | 镍钴复合氢氧化物及其制造方法以及制造装置、非水系电解质二次电池用正极活性物质及其制造方法、以及非水系电解质二次电池 |
CN104661963B (zh) * | 2012-09-28 | 2017-07-04 | 住友金属矿山株式会社 | 镍钴复合氢氧化物及其制造方法以及制造装置、非水系电解质二次电池用正极活性物质及其制造方法、以及非水系电解质二次电池 |
JPWO2014051089A1 (ja) * | 2012-09-28 | 2016-08-25 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケルコバルト複合水酸化物とその製造方法および製造装置、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 |
WO2014051089A1 (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケルコバルト複合水酸化物とその製造方法および製造装置、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 |
US10141571B2 (en) | 2012-09-28 | 2018-11-27 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Nickel-cobalt composite hydroxide and method and device for producing same, cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing same, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
US10236510B2 (en) | 2012-09-28 | 2019-03-19 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Nickel-cobalt composite hydroxide and method and device for producing same, cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing same, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20130337331A1 (en) | 2013-12-19 |
KR20130129449A (ko) | 2013-11-28 |
US9559351B2 (en) | 2017-01-31 |
KR101345509B1 (ko) | 2013-12-27 |
CN103562136A (zh) | 2014-02-05 |
CN103562136B (zh) | 2016-09-21 |
JPWO2012131779A1 (ja) | 2014-07-24 |
WO2012131779A1 (ja) | 2012-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4840545B1 (ja) | ニッケル複合水酸化物粒子および非水系電解質二次電池 | |
JP4941617B2 (ja) | ニッケル複合水酸化物粒子および非水系電解質二次電池 | |
JP5971109B2 (ja) | ニッケル複合水酸化物とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 | |
JP4915488B1 (ja) | ニッケルマンガン複合水酸化物粒子とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 | |
JP4894969B1 (ja) | ニッケルマンガン複合水酸化物粒子とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、ならびに、非水系電解質二次電池 | |
JP6582824B2 (ja) | ニッケルマンガン含有複合水酸化物およびその製造方法 | |
JP5638232B2 (ja) | 非水系電解質二次電池正極活物質用ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 | |
KR102203425B1 (ko) | 전이 금속 복합 수산화물 입자와 그의 제조 방법, 비수전해질 이차 전지용 정극 활물질과 그의 제조 방법, 및 비수전해질 이차 전지 | |
JP5316726B2 (ja) | ニッケル複合水酸化物とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および、非水系電解質二次電池 | |
KR101612591B1 (ko) | 비수계 전해질 이차전지용 양극 활물질과 그 제조 방법 및 비수계 전해질 이차전지 | |
JP5590337B2 (ja) | マンガン複合水酸化物粒子、非水系電解質二次電池用正極活物質、および非水系電解質二次電池と、それらの製造方法 | |
JP5392036B2 (ja) | 非水系電解質二次電池正極活物質用マンガン複合水酸化物粒子とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 | |
JP6443084B2 (ja) | 遷移金属複合水酸化物粒子とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法および非水系電解質二次電池 | |
JP2011116580A5 (ja) | ||
KR20140008445A (ko) | 비수계 전해질 2차 전지용 정극 활물질의 전구체가 되는 전이 금속 복합 수산화물과 그 제조방법, 그 비수계 전해질 2차 전지용 정극 활물질과 그 제조방법, 및 상기 정극 활물질을 이용한 비수계 전해질 2차 전지 | |
JP6347227B2 (ja) | マンガンニッケルチタン複合水酸化物粒子とその製造方法、および、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法 | |
JP6346448B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質、および、非水系電解質二次電池 | |
JP2011116583A5 (ja) | ||
JP6168004B2 (ja) | マンガン複合水酸化物及びその製造方法、正極活物質及びその製造方法、並びに非水系電解質二次電池 | |
JP2020001935A (ja) | 遷移金属複合水酸化物の粒子とその製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質とその製造方法およびリチウムイオン二次電池 | |
JP5392035B2 (ja) | 非水系電解質二次電池正極活物質用ニッケルマンガン複合水酸化物粒子とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池 | |
JP2011116582A5 (ja) | ||
JP2019212396A (ja) | リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質、及びリチウムイオン二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20110830 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110906 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110919 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4840545 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141014 Year of fee payment: 3 |