JP4954476B2 - 金属成分の組成に勾配を有するリチウム遷移金属酸化物 - Google Patents
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Description
通常、コートされた正極物質は薄く、または、金属酸化物相が不完全な表面により塗布され、急激な境界を有する。文献によれば、前記コートが電解質が正極と接触することを遮断し、その結果、好ましくない副反応を抑えるという。充放電中に、LiCoO2などの正極は膨張及び収縮をする。“硬い”表面は前記膨張および収縮を力学的に制限でき、バルク内のストレインを抑え、その結果、より良好な繰り返し使用の安定性を提供できると考えられる。この場合、バルクとコート層との間で比較的に急激な界面を有するコート薄層はかなりの局部ストレインを経ることが予想される。薄い表面はこのようなストレインに耐えず、亀裂または機械的な接触損失を招き、その結果、コート層の効率が下がる。また、前記コート物質は電気化学的に不活性であるため、前記正極物質の充電容量に寄与しない。コートされた正極粉末の表面層は、通常、独立的な“濡れた”ゾル−ゲル段階と適宜な熱処理により形成される。ゾル−ゲル法はコストがかかり、その消耗コストが上がる。
LiNi1/2Mn1/2O2系物質はLiCoO2よりも低い電子伝導性を有する。電池中で優れた効率を保持し、且つ、極性を低い状態に保持するためには、電極を横切って電子伝導性が良好である必要がある。電極の伝導性は、電極にカーボンブラックなどの導電性添加剤を加えることにより高められる。工程上のコストを下げ、高い体積密度を取得可能にし、多孔性の構造に電解質を十分に充填するために(液体上で電極を横切ってリチウムを早く輸送するために)、前記カーボン添加剤の量はできる限り低く抑えることが好ましい。伝導性が低いためにLiNi1/2Mn1/2O2系物質は大量の伝導性添加剤を必要とし、最適化されていない電極の製造過程に対してより敏感である。前記電子伝導性は、前記コバルトの化学量論を高めることにより高められる。
本発明における化学量論の激しい変化とは、外部バルクと内部バルクにおけるマンガン、ニッケル及びコバルトの平均化学量論が異なるということを表わす。より正確には、空間上における化学量論の変化が激しいことを意味するが、外部バルクと内部バルクにおけるマンガン、ニッケル及びコバルトの平均化学量論の差異をバルク全体の平均化学量論で割ったとき、10%を超えるか、好ましくは、15%を超えることを意味する。
本発明にあっては、前記遷移金属の平均組成がM=(Mn 1−u Ni u ) 1−y Co y (上記式中、0.4<u<0.65及び0.2<y<0.9)であり、前記粉末が、前記粒子の前記バルク内のいずれにおいて、同じ結晶構造を有する粒子からなる、粉末状遷移金属化合物が挙げられる。
例えば、もし、Mn1/2Ni1/2を含む沈殿物がLiCoO2粒子の表面に沈殿され、全ての沈殿物が外部バルク内にのみ存在する場合、コバルトの化学量論を十分に変化させるためには、1モルのコバルトに対して少なくとも1/9モルのMn1/2Ni1/2が沈殿される必要がなる:(内部では5/9モル以上(>5/9モル)のコバルトを含み、外部では1/18モル以上(>1/18モル)のマンガン、1/18モル以上(>1/18モル)のニッケル及び4/9モル以下(<4/9)のコバルトを含む。コバルトの平均濃度(化学量論)は、0.9以下(<0.9)である。このため、Ni >1/9であり、Ai <0.9である。この場合、コバルトに対するNi/Ai値は(1/9)/0.9>0.1である。マンガンとニッケルに対する前記値は0.1よりもはるかに高い。)
バルクを内部バルクと外部バルクに分けることは類似しているが、次の方式により規定可能である。内部バルクと外部バルクは、それぞれ全体的な遷移金属(マンガン、ニッケル及びコバルト)正イオンの数の1/2ずつを含む。内部バルクは、粒子と同じ形状を有する。多孔性粒子の場合、粒子の形状は適宜な平均表面により定められる。また、内部バルクと粒子の質量中心は一致する。
実施例0.1:
沈殿反応が行われた。
NaOH及びMSO4(M=Mn1/2Ni1/2)を攪拌しつつ沈殿容器に流し込んだ。温度は90℃であった。pHは約9.2−9.4に保持された(50℃で測定)。50分後に反応器が満たされた。
15分後に固体粒子ときれいな液体が分離された。約60%のNa2SO4溶液が除去され、第2の沈殿反応が行われた。
前記得られたスラリーは次の沈殿反応時にシードとして使用可能である。一方、このスラリーはろ過、乾燥及び変形を順次に経て今後の沈殿反応時にシードとして使用可能なMOOH, MOxまたはLiMO2となりうる。
前記沈殿された混合水酸化物を調べるために、スラリーの一部はろ過され、水により洗浄された後、LiOH溶液において平衡(約1%のSO4を除去するために)にした。次いで、ろ過及び洗浄された後に180℃で乾燥された。
図1は、前記得られたシードのFESEMマイクロ写真である。前記粒子はコンパクトであり、所定の気孔を有する。
沈殿反応が行われた。
2モルのNa2CO3及び2モルのMSO4(M=(Mn1/2Ni1/2)5/6Co1/6)を攪拌しつつ沈殿容器に流し込んだ。Na2CO3の流速がMSO4の流速よりも10%高かった。温度は180℃であった。30分後に反応器が満たされた。
15分後に固体粒子ときれいな液体が分離された。約70%のNa2SO4溶液が除去され、次いで、第2の沈殿反応が行われた。
前記得られたスラリーは 次の沈殿反応時にシードとして使用可能である。一方、このスラリーはろ過、乾燥及び変形を順次に経て今後の沈殿反応時にシードとして使用可能なMCO3, MOxまたはLiMO2となりうる。
前記沈殿された混合カーボネートを調べるために、スラリーの一部はろ過され、水により洗浄された後、ろ過され、180℃で乾燥された。
図2は、前記得られたシードのSEMマイクロ写真である。前記粒子はコンパクトであり、低い気孔性を有する。
商用LiCoO2の試料を用意した。これらの試料は高密度の単一粒子よりなり、初期物質の集塊よりなるものではない。図3は、前記商用粉末のFESEMマイクロ写真である。
2gの試料を40mlのH2Oに入れた後のpHは10.8であった。
商用LiMO2(M=Mn0.4Ni0.4Co0.2)を用意した。
前記実施例0.1の方法と同様に、混合水酸化物を沈殿させることによりLi(Co0.8Mn0.1Ni0.1)O2及びLi[Co2/3(Mn1/2Ni1/2)1/3]O2を製造し、LiOH溶液において平衡を行った。洗浄及び乾燥した後、前記水酸化物粉末をLi2CO3と混合し、固相反応を行った。
実施例1.1
前記実施例0.1の方法と同様に、厚くなった実施例0.1のスラリーを沈殿反応時にシードとして使用した。但し、ここでは、遷移金属の流入はMSO4[ここで、M=(Mn1/2Ni1/2)5/6Co1/6]による。厚膜化過程(Na2SO4の除去)を経た後、第2の沈殿を行った。
厚膜化過程後に第3及び第4の沈殿が同じ方法により行われた。但し、前記遷移金属の流入はMSO4[ここで、M=(Mn1/3Ni1/3Co1/3)]に変わった。それぞれの第2の沈殿段階を経た後、少量の試料が試験のために除去された。これを洗浄して乾燥した後、その形状をSEMにより測定した。粒径の分布はレーザ回折により得られた。タップ密度を測定した。
EDSは、前記水酸化物が約1%の硫黄物を含んでいることを示す。前記SEM及びレーザ回折試験では、前記粒径が継続して成長されることが確認できる。多孔性の減少によりタップ密度が高くなる。実質的に新規な粒子の形成は見られない。
その結果、負イオンを含む混合遷移金属水酸化物の初期物質が得られたが、これは、バルクの内部と外部における遷移金属の化学量論にかなりの差異がある。
前記実施例0.2の方法と同様に、厚くなった実施例0.2のスラリーを沈殿反応に使用した。但し、ここでは、遷移金属の流入はMSO4[ここで、M=(Mn1/2Ni1/2)5/6Co1/6]により行った。厚膜化過程(Na2SO4の除去)を経た後、第2の沈殿を行った。
次いで、厚膜化過程後に第3及び第4の沈殿が同じ方法により行われた。但し、遷移金属の流入はMSO4[ここで、M=(Mn3/8Ni3/8Co1/4)に変わった。
厚膜化過程後に第5及び第6の沈殿が同様な方法により行われた。但し、遷移金属の流入はMSO4[ここで、M=(Mn1/3Ni1/3Co1/3)に変わった。
最後に、第7の沈殿が同様な方法により行われた。但し、遷移金属の流入はCoSO4に変わり、前記沈殿は5分間行われた。
それぞれの第2の製造段階を経た後、調査のために少量の試料が除去された。これを洗浄且つ乾燥した後、そのモルフォロジーをSEMにより測定した。粒径の分布はレーザ回折により得られた。タップ密度を測定した。
前記SEM及びレーザ回折試験より、前記粒径が継続して成長されることがわかった。実質的に新規な粒子の形成は見られなかった。前記初期の3回の沈殿により粒子における空隙が急減し、その結果、前記タップ密度が急増した。それ以降には、ほとんどそのまま保持された。ICPは混合カーボネートが約8%のナトリウムを含んでいることを示す。
その結果、正イオンを含む混合遷移金属水酸化物の初期物質が得られたが、これは、内部バルクと外部バルクとの間の遷移金属の化学量論にかなりの差異がある。
実施例0.3のLiCoO2を沈殿反応中にシードとして用い、前記実施例0.1における方法と同様にして実施を行った。但し、NaOHに代えて4モルのLiOHを使用し、且つ、遷移金属の流入をMSO4[ここで、M=(Mn1/2Ni1/2)5/6Co1/6]により行った。温度は60℃であった。
合計で2回の沈殿反応が行われ、途中で厚膜化過程が行われた。 沈殿されたM(OH)2の全体的な化学量論量は、シードとして使われたLiCoO2の20%である。その結果、初期物質が得られたとき、通常の粒子はLiCoO2を核として有するが、これは、M(OH)2[ここで、M=(Mn1/2Ni1/2)5/6Co1/6]による厚膜層により完全に塗布された。EDS及びICPはM(OH)2が5%の硫黄酸塩を含んでいることを示す。
前記実施例0.1と同様に実施例0.3のLiCoO2を沈殿反応中にシードとして使用した。但し、硫黄酸塩の流入時に遷移金属の組成はM=Mn1/2Ni1/2であった。
合計で2回の沈殿反応が行われ、途中で厚膜化過程が行われた。沈殿されたM(OH)2の全体的な化学量論量はシードとして使われたLiCoO2の25%である。その結果、初期物質が得られたとき、通常の粒子はLiCoO2を核として有するが、これは、M(OH)2[ここで、M=Mn1/2Ni1/2]による厚膜層により完全に塗布された。
前記実施例0.2と同様に実施例0.3のLiCoO2を沈殿反応中にシードとして使用した。但し、遷移金属の流入はMSO4[ここで、M=(Mn1/2Ni1/2)5/6Co1/6]により行った。温度は80℃であった。
合計で2回の沈殿反応が行われ、途中で厚膜化過程が行われた。沈殿されたMCO3の全体的な化学量論量はシードとして使われたLiCoO2の20%である。
その結果、初期物質が得られたとき、通常の粒子はLiCoO2を核として有し、これは、混合遷移金属カーボネート系物質による厚膜層により完全に塗布された。ICPはカーボネート上には沈殿された遷移金属に対して8原子%のナトリウムを含んでいることを示す。
前記実施例0.2と同様に実施例0.3のLiCoO2を沈殿反応中にシードとして使用した。但し、遷移金属の流入はMSO4[ここで、M=(Mn5/8Ni3/8)]により行った。温度は950℃であった。
一回の沈殿反応が行われた。沈殿されたMCO3の全体的な化学量論量は、シードとして使われたLiCoO2の11%である。
その結果、初期物質が得られたとき、通常の粒子はLiCoO2を核として有し、これは、混合遷移金属カーボネート系物質による厚膜層により完全に塗布された。
前記実施例0.1と同様に実施例0.4のLiMO2を沈殿反応中にシードとして使用した。但し、ここで、pHは11であり、温度は約60℃であり、遷移金属の流入はCoSO4により行った。また、1モルの沈殿されたM(OH)2に対して1モルの硫黄酸アンモニウムが加えられた。
合計で2回の沈殿反応が行われ、途中で厚膜化過程が行われた。 沈殿されたCo(OH)2の全体的な化学量論量はシードとして使われたLiMO2の20%である。
その結果、初期物質が得られたとき、通常の粒子はLiMO2[ここで、M=(Mn1/2Ni1/2)5/6Co1/6]を核として有するが、これは、コバルト水酸化物の厚膜層により完全に塗布された。
前記実施例0.1に記載と同様に実施例0.4のLiMO2を沈殿反応中のシードとして使用した。但し、ここで、遷移金属の流入はCo2/3Mn1/6Ni1/6SO4により行った。また、硫黄酸アンモニウムは使用されなかった。
LiCoO2に代えて実施例0.5のLiMO2粉末を使用した以外は、実施例1.3.2の方法と同様にして実施を行った。
その結果、初期物質が得られたとき、通常の粒子はそれぞれLi[Co0.8Mn0.1Ni0.1]O2とLi[Co2/3(Mn1/2Ni1/2)1/3]O2を核として有するが、これらは、遷移金属水酸化物M(OH)2[ここで、M=Mn1/2Ni1/2]による厚膜層により完全に塗布された。
負イオンまたは正イオンをさらに含む流量を沈殿反応が行われる間に沈殿器に注入することにより初期物質の組成を調整することができる。
水酸化物の沈殿物にCl−またはF−を加えることによりCl−またはF−を含む混合水酸化物を得ることができる。
水酸化物沈殿物の温度を下げることにより、前記SO4の含量が高くなる。
カーボネート沈殿物の流速を変えることにより初期物質中のナトリウムの含量を減らすことができ、硫黄酸塩の含量を高めることができる。
実施例2.1
実施例1.1による初期物質は、イオン交換により変形される。NaOH溶液におけるイオン交換により硫黄酸塩不純物が除去される。前記イオン交換反応は、NaOH:SO4の割合が10:1である条件下で50℃で3時間行われた。イオン交換反応後に前記初期物質を洗浄し、ろ過し、且つ180℃で乾燥した。
このような処理後に、主組成がMOOHである混合オキソヒドロキシド前駆物質を得た。ここで、内部バルクと外部バルクとの間の遷移金属の組成は大きくなる。
実施例1.2による初期物質を洗浄し、ろ過し、且つ180℃で乾燥した。その結果、遷移金属カーボネート系の前駆物質が得られた。ここで、内部バルクと外部バルクとの間の遷移金属の組成は大きくなる。
実施例1.3.1による初期物質をLiOH溶液中でイオン交換反応させて硫黄酸塩不純物を除去した。これを洗浄し、ろ過し、且つ、180℃で乾燥した。
SEM+EDS、ICP、粒径の分析、FESEMによる分析試験の結果、得られた前駆物質はLiCoO2を核として有するが、これは、MOOH[ここで、M=(Mn1/2Ni1/2)5/6Co1/6]による厚膜層により完全に塗布された。
図4は、典型的な粒子のFESEMマイクロ写真を示す。
実施例1.3.2による初期物質を、LiOH溶液中でイオン交換反応させて硫黄酸塩不純物を除去した。これを洗浄し、ろ過し、且つ、180℃で乾燥した。
SEM+EDS、粒径の分析、FESEMによる分析試験を行った結果、得られた前駆物質はLiCoO2を核として有するが、これはMOOH[ここで、M=Mn1/2Ni1/2]による厚膜層により完全に塗布された。
図5は、典型的な粒子のFESEMマイクロ写真を示す。
実施例1.3.3による初期物質を洗浄し、ろ過し、且つ180℃で乾燥した。
SEM+EDS、粒径の分析、FESEMによる分析試験を行った結果、得られた前駆物質はLiCoO2を核として有するが、これは、MCO3系物質による厚膜層により完全に塗布された。前記MCO3系物質は、沈殿された遷移金属に対して約8%のナトリウムを含む。
図6は、典型的なFESEMマイクロ写真を示す。
実施例1.3.2による初期物質をLiOH溶液中でイオン交換反応させて硫黄酸塩不純物を除去した。これを洗浄し、ろ過し、且つ、180℃で乾燥した。
SEM+EDS、粒径の分析、FESEMによる分析試験の結果、得られた前駆物質はLiCoO2を核として有するが、これは、MOOH[ここで、M=Mn1/2Ni1/2]による厚膜層により完全に塗布された。前記得られた層は前記実施例2.3.1に従い得られたものより一層高密度である。
図7は、典型的な粒子のFESEMマイクロ写真を示す。
実施例1.4.1による初期物質を洗浄した後、ろ過し、180℃で乾燥した。その結果、前駆物質が得られたが、LiMO2[ここで、M=Mn0.4Ni0.4Co0.2]を核として有する。これは、コバルトオキソハイドライドによる多孔性層により塗布された。
実施例1.4.2による初期物質を洗浄した後、ろ過し、180℃で乾燥した。その結果、前駆物質が得られたが、これは、LiMO2[ここで、M=Mn0.4Ni0.4Co0.2]を核として有し、M’=Co2/3Mn1/6Ni1/6であるオキソハイドライドによる多孔性層により塗布された。
実施例1.3.1による初期物質をLiOH溶液中でイオン交換反応させて硫黄酸塩不純物を除去した。これを洗浄し、ろ過し、且つ、180℃で乾燥した。
その結果、前駆物質が得られたが、これは、それぞれLi[Co0.8Mn0.1Ni0.1]O2及びLi[Co2/3(Mn1/2Ni1/2)1/3]O2の組成を有する核を有し、これらは遷移金属の組成がM=Mn1/2Ni1/2であるオキソハイドライドの厚膜層により完全に塗布された。
実施例3.1
実施例2.1の前駆物質をLi2CO3とLi:M=1.15:1の割合で混合し、焼成に続く固相反応を850℃で15時間行った。より高い焼成温度では遷移金属の化学量論の空間的な変化が激しくて緩和されると見込まれる。
その結果、層状結晶構造を有し、遷移金属の化学量論が空間的に変わるリチウム遷移金属酸化物が得られた。
実施例2.2の前駆物質をLi2CO3と混合(Li:M=1.05:1の割合)し、さらに1モルのNa不純物に対して0.6モルのLi2SO4を加えた。900℃で12時間固相反応を行った後に洗浄し、さらに800℃で第2次熱処理を行った。
前記固相反応を行う間に、前記Li2SO4は前記ナトリウム不純物と反応する。X線回折によれば、前記得られる結果物は、LiNaSO4であることが分かる。前記塩は焼成剤として働くが、これは、洗浄により除去可能である。
その結果、層状結晶構造を有し、結晶が極めて大きく、遷移金属の化学量論が空間的に変わるリチウム遷移金属酸化物が得られた。
実施例2.3.1の前駆物質をLi2CO3と混合(50gの前駆体当たり2.7gのLi2CO3)した。12時間固相反応を行ったが、焼成温度はそれぞれ900℃(試料3.3.1A)及び850℃(試料3.3.1B)であった。
その結果、層状結晶構造を有し、遷移金属の化学量論が空間的に変わるリチウム遷移金属酸化物が得られた。より低温で焼成された試料Bは化学量論の変化だけではなく、外部バルクのモルフォロジ(低い多孔性を示す)は内部バルクのモルフォロジ(高密度の構造)と差異があった。図8A及び8Bは、前記試料3.3.1A及び3.3.1Bの典型的な粒子に対するFESEMマイクロ写真を示す。
EDS定量元素分析が行われた。X線回折パターンが得られた。リートベルト精製が行われた。格子定数と単位セル体積が計算された。Li[Lix(Mn1/2Ni1/2)1−yCoy]O2において組成に対する関数としての単位細胞体積に関するデータは、前記遷移金属の化学量論を評価するために使われた。結晶構造の分析結果は、定量的なEDS元素分析の結果と一致している。構造分析の結果、LiMO2が得られ、ここで、内部バルクにおける遷移金属の化学量論は、外部バルクにおける遷移金属の化学量論と大差あるということが分かる。
前記外部バルクは主としてLiMO2[ここで、M=(Mn1/2Ni1/2)1−yCoy]を含んでいるが、前記yの分布は平均的に約y≡0.4(試料3.3.1A)及び約y≡0.6(試料3.3.2)と同じである。内部バルクはLiCoO2が主相である。
2gの試料を40mlのH2Oに浸漬したときのpHは9.2である。
図9は、正極物質3.3.1Bの電気化学的な充放電を繰り返した結果を示す。負極としてLi−金属が使われた。その結果、優れた電気化学的な特性が得られた。
実施例2.3.2の前駆物質をLi2CO3と混合(33.3gの前駆体当たり2.35gのLi2CO3)した。12時間固相反応を行ったが、焼成温度は試料3.3.2Aでは900℃、試料3.3.2Bでは850℃であった。
その結果、層状結晶構造を有し、遷移金属の化学量論が空間的に変わるリチウム遷移金属酸化物が得られた。図10A及び10Bは、前記粒子の典型的なFESEMマイクロ写真を示す。950℃ではコンパクトな粒子が得られ、850℃では外部バルクが所定の多孔性特性を示す。
EDS定量元素分析が行われた。その結果、外部バルクにおける遷移金属の組成は内部バルクにおける遷移金属の組成と大差あることが確認された。
実施例2.3.3の前駆物質をLi2CO3及びLi2SO4と混合(50gの前駆体当たり3.88gのLi2CO3及び0.37gのLi2SO4)した。10時間固相反応を行ったが、焼成温度は850℃であった。X線試験を行った結果、前記反応中に存在するLi−Na−SO4が焼成剤として働くということが分かった。試料を洗浄してナトリウムと硫黄酸塩不純物を除去した。次いで、850℃で3時間第2次熱処理を行った。
図11は、前記粒子の典型的なFESEMマイクロ写真を示す。粒子はぎっしりな構造のコンパクト状であり、粉末の密度が高かった。図12は、電気化学的な試験結果を示す。EDS定量元素分析が行われた。その結果、外部バルクにおける遷移金属の組成は内部バルクにおける遷移金属の組成と大差あることが確認された。
実施例2.3.4の前駆物質をLi2CO3と混合した。10gの前駆体に5.2gのLi2CO3が加えられた。10時間固相反応を行い、このときの焼成温度は900℃であった。
実施例2.4.1の前駆物質をLi2CO3と混合(1モルの沈殿済みCo当たり0.53モルのLi2CO3)した。12時間固相反応を行い、このときの焼成温度は900℃であった。その結果、層状結晶構造を有し、遷移金属の化学量論が空間的に変わるリチウム遷移金属酸化物が得られた。
実施例2.4.2の前駆物質をLi2CO3と混合(1モルの沈殿済みCo当たり0.53モルのLi2CO3)した。12時間固相反応を行い、このときの焼成温度は900℃であった。その結果、層状結晶構造を有し、遷移金属の化学量論が空間的に変わるリチウム遷移金属酸化物が得られた。
実施例2.5の前駆物質をLi2CO3と混合(33.3gの前駆体当たり2.0gのLi2CO3)した。12時間固相反応を行い、このときの焼成温度は900℃であった。
その結果、層状結晶構造を有し、遷移金属の化学量論が空間的に変わるリチウム遷移金属酸化物が得られた。
Claims (15)
- 粉末状遷移金属化合物であって、
粉末状リチウム金属酸化物の前駆物質であり、
少なくとも85重量%の遷移金属と酸素とを含んでなり、
前記粉末が、遷移金属の化学量論の空間変化を有してなり、かつ、遷移金属の平均組成がM=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0.2<u<0.7及び0.1<y<0.9)である粒子からなり、
外部バルクにおけるコバルト、マンガン及びニッケルとしての前記遷移金属の平均組成が、内部バルクにおける前記遷移金属の平均組成と化学量論的には少なくとも10%の差異があり、
前記内部バルクが、前記粒子のコバルト、マンガン及びニッケルの総原子数の50%を含有する前記粒子の中心周辺領域とされてなる、粉末状遷移金属化合物。 - 前記遷移金属の平均組成がM=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0.4<u<0.65及び0.2<y<0.9)であり、
前記外部バルクにおけるコバルト、マンガン及びニッケルとしての前記遷移金属の平均組成が、前記内部バルクにおける前記遷移金属の平均組成と化学量論的には少なくとも15%以上の差異がある、請求項1に記載の粉末状遷移金属化合物。 - 前記遷移金属の平均組成がM=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0.4<u<0.65及び0.2<y<0.9)であり、
前記粉末が、前記粒子の前記バルク内のいずれにおいて、同じ結晶構造を有する粒子からなる、請求項1に記載の粉末状遷移金属化合物。 - 前記遷移金属の平均組成がM=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0.4<u<0.65及び0.2<y<0.9)であり、
前記内部バルクが、r−3mの空間群を有する層状結晶構造を有する粉末状リチウム遷移金属酸化物の前駆物質である、請求項1に記載の粉末状遷移金属化合物。 - 粉末状リチウム金属酸化物であって、
前記粉末状リチウム金属酸化物における少なくとも90重量%の金属が、平均組成がM=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0.4<u<0.65及び0.2<y<0.9)である遷移金属であり、
前記粉末が、
典型粒子のバルクのいずれにおいて、r−3mの空間群を有する層状結晶構造と、及び
遷移金属の化学量論の空間変化を有してなる粒子からなり、
外部バルクにおけるコバルト、マンガン及びニッケルの前記遷移金属の平均組成が、内部バルクにおける前記遷移金属の平均組成と化学量論的には少なくとも10%の差異があり、
前記内部バルクが、前記粒子のコバルト、マンガン及びニッケルの総原子数の50%を含有する前記粒子の中心周辺領域とされてなる、粉末状リチウム金属酸化物。 - 前記粉末状リチウム金属酸化物における少なくとも95重量%の金属が、平均組成がM=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0.4<u<0.65及び0.25<y<0.34または0.65<y<0.85)である遷移金属であり、
前記粉末が、遷移金属の化学量論の連続的な空間変化を有する粒子からなる、請求項5に記載の粉末状リチウム金属酸化物。 - 前記遷移金属が平均組成M=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0.4<u<0.65及び0.65<y<0.85)を有するものであり、
前記内部バルクが、平均組成がM=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0<u<1及び0.75<y<1)である遷移金属を有してなる、請求項6に記載の粉末状リチウム金属酸化物。 - 請求項5〜7のいずれか一項に記載の粉末状リチウム金属酸化物の製造方法であって、 遷移金属塩が溶解されていた少なくとも一つの溶液と、水酸化物又はカーボネート塩が溶解された少なくとも一つの溶液とをシード粒子に加えてなり、
溶解された遷移金属正イオンと、溶解された水酸化物またはカーボネートの負イオンとが固体沈殿物を形成してなり、
前記沈殿物が前記シード粒子を覆う層を形成してなる、少なくとも一つの沈殿反応と、
前記沈殿物を改変する、110℃〜350℃の温度における熱処理と、及び
リチウム供給源と前記改変された沈殿物の固相反応とを含んでなるものであり、
前記沈殿物が、前記シード粒子の組成M1と化学量論的には少なくとも10%の差異を有する、遷移金属の組成M2を有してなるものである、方法。 - 前記沈殿物が、組成がM2=Mn1−a−bNiaCobの遷移金属を有してなり、前記シード粒子の組成M1=Mn1−a’−b’Nia’Cob’と相当量の差異を有してなり、
正数(Ni)/(Ai)値が0.1を超えるものであり、
正数(Ni)は、それぞれの構成成分iに対する内部バルクと外部バルクのそれぞれの領域における平均区域濃度の差異を表わし、
(Ai) は、各構成成分iの全体バルクにおける平均濃度を表し、
(i)は、Co,Mn及びNiから選択されてなるものである、と定義されてなる、請求項8に記載の方法。 - 前記シード粒子が、リチウム金属酸化物であり、
前記リチウム金属酸化物における少なくとも95重量%の金属が、平均組成がM=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0.4<u<0.65及び0<y<1.0)である遷移金属であり、r−3mの空間群を有する層状結晶構造を有する遷移金属である、請求項9に記載の方法。 - 前記シード粒子が、リチウム金属酸化物であり、
前記リチウム金属酸化物における少なくとも95重量%の金属が、平均組成がM=(Mn1−uNiu)1−yCoy(上記式中、0.4<u<0.65及び0.75<y<1.0)であり、r−3mの空間群を有する層状結晶構造を有する遷移金属である、請求項10に記載の方法。 - 前記沈殿物が、SO4 2−,Cl−及びF−から選択された負イオンおよび/またはNa+,K+及びLi+から選択された正イオンをさらに含有し、前記負イオンと正イオンの全濃度が、前記沈殿物の遷移金属1モルに対して0.01モル超過とされてなる、請求項8〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記沈殿物における負イオン及び/または正イオンの追加成分が、沈殿反応後に行われるイオン交換反応により改変されてなる、請求項12に記載の方法。
- 請求項5〜7のいずれか一項に記載された粉末状リチウム遷移金属酸化物を製造するための請求項8に記載の方法であって、
前記沈殿反応後のイオン交換反応または前記固相反応後の洗浄により、前記正イオン及び/または負イオンを除去し、前記リチウム遷移金属化合物がCl−,SO4 2−,Na+及び/またはK+を包含する追加の負イオンまたは正イオンを含まないものとされてなる、方法。 - 請求項5〜7のいずれか一項に記載の粉末状リチウム遷移金属酸化物を含有してなる、充電可能なリチウム電池。
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