JP5099398B2 - 二次電池用正極活物質、二次電池用正極および二次電池 - Google Patents
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(化1)
Lia+1 Ni(1-b-c) Mnb Mc O(2-x) Fy
(式中、Mはコバルト(Co),マグネシウム,アルミニウム,ホウ素(B),チタン,バナジウム(V),クロム(Cr),鉄,銅,亜鉛,モリブデン,スズ,カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),タングステン(W),ニオブ(Nb),イットリウム(Y)およびジルコニウム(Zr)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。a,b,c,xおよびyは、−0.1≦a≦0.1、0.005≦b≦0.4、0≦c≦0.35、−0.1≦x≦0.2、0<y≦0.1の範囲内の値を表す。)
(化1)
Lia+1 Ni(1-b-c) Mnb Mc O(2-x) Fy
(式中、Mはコバルト,マグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,銅,亜鉛,モリブデン,スズ,カルシウム,ストロンチウム,タングステン,ニオブ,イットリウムおよびジルコニウムからなる群のうちの少なくとも1種を表す。a,b,c,xおよびyは、−0.1≦a≦0.1、0.005≦b≦0.4、0≦c≦0.35、−0.1≦x≦0.2、0<y≦0.1の範囲内の値を表す。)
(化1)
Lia+1 Ni(1-b-c) Mnb Mc O(2-x) Fy
(式中、Mはコバルト,マグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,銅,亜鉛,モリブデン,スズ,カルシウム,ストロンチウム,タングステン,ニオブ,イットリウムおよびジルコニウムからなる群のうちの少なくとも1種を表す。a,b,c,xおよびyは、−0.1≦a≦0.1、0.005≦b≦0.4、0≦c≦0.35、−0.1≦x≦0.2、0<y≦0.1の範囲内の値を表す。)
(化1)
Lia+1 Ni(1-b-c) Mnb Mc O(2-x) Fy
図1は本実施の形態に係る正極活物質を用いた第1の二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、電極反応物質としてリチウムを用い、負極の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池である。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、一対の帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11の内部には、液状の電解質である電解液が注入されており、セパレータ23に含浸されている。電池缶11は、例えばニッケルのめっきがされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、また、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
図3は本実施の形態に係る正極活物質を用いた第2の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものであり、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。
[正極活物質の作製]
実施例1−1,1−2では、正極活物質を次のようにして作製した。まず、市販の硝酸ニッケルと、硝酸コバルトと、硝酸マンガンとを、ニッケルとコバルトとマンガンの比率が所定のモル比となるように混合した水溶液を、十分に攪拌しながらアンモニア水を滴下し、複合水酸化物粉末を得た。次いで、この複合水酸化物粉末と、水酸化リチウム粉末とを混合して混合水酸化物粉末としたのち、電気炉を用いて第1の加熱を行った。その際、毎分5℃の速度で昇温し、950℃で5時間保持したのち、毎分7℃の速度で150℃まで冷却した。得られた焼成物と、フッ化リチウム粉末とを混合し、第2の加熱をすることにより、フッ素を焼成物の表面から内部に対して拡散させ、正極活物質の粉末を作製した。その際、毎分5℃の速度で昇温し、850℃で5時間保持したのち、毎分7℃の速度で150℃まで冷却した。
作製したこれらの正極活物質を用いて図5に示したコイン型の二次電池を作製し、正極活物質の特性を評価した。この二次電池は、正極51と、負極52とを電解液を含浸させたセパレータ53を介して積層し、外装缶54と外装カップ55との間に挟み、ガスケット56を介してかしめたものである。なお、直径を20mm、高さを1.6mmとした。正極51は、作製した正極活物質粉末86質量%と、導電剤であるグラファイト10質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン4質量%とを、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体51Aに塗布・乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層51Bを形成したのち、ペレット状に打ち抜くことにより作製した。
図1に示した二次電池を作製した。まず、コイン型の二次電池の正極51と同様にして帯状の正極21を作製した。その際、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの両面に形成し、正極活物質層22Bにおける空隙率は26体積%とした。そののち、正極集電体21Aの一端にアルミニウム製の正極リード25を取り付けた。
正極活物質の充填量,正極活物質層21Bの作製時の圧力などを変化させ、正極活物質層21Bの空隙率を15体積%〜34体積%の範囲で変化させたことを除き、他は実施例1−1と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
正極活物質の量と負極活物質の量とを調整し、完全充電時のおける開回路電圧が実施例3−1では4.35V、実施例3−2では4.55V、実施例3−3,3−4では4.75Vになるように設計したことを除き、他は実施例1−1,1−2と同様にして円筒型の二次電池を作製した。
Claims (6)
- 化1に示した平均組成を有する粒子状の正極活物質であって、
粒子表面におけるフッ素(F)が内部に対して過剰に存在し、
X線吸収端微細構造解析により測定されるX線吸収端微細構造スペクトルにおいて、完全放電状態から80mol%のリチウムが離脱した状態とした際に、ニッケル(Ni)のK殻吸収端における吸光度の中間点のシフト量が、1.1eV以上である、二次電池用正極活物質。
(化1)
Lia+1 Ni(1-b-c) Mnb Mc O(2-x) Fy
(式中、Mはコバルト(Co),マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),タングステン(W),ニオブ(Nb),イットリウム(Y)およびジルコニウム(Zr)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。a,b,c,xおよびyは、−0.1≦a≦0.1、0.005≦b≦0.4、0≦c≦0.35、−0.1≦x≦0.2、0<y≦0.1の範囲内の値を表す。) - 正極集電体と、この正極集電体に設けられた正極活物質層とを有し、
前記正極活物質層は、化1に示した平均組成を有する粒子状の正極活物質を含み、
この粒子は、表面におけるフッ素(F)が内部に対して過剰に存在し、
X線吸収端微細構造解析により測定されるX線吸収端微細構造スペクトルにおいて、前記正極活物質の完全放電状態から80mol%のリチウムが離脱した状態とした際に、ニッケル(Ni)のK殻吸収端における吸光度の中間点のシフト量が、1.1eV以上である、二次電池用正極。
(化1)
Lia+1 Ni(1-b-c) Mnb Mc O(2-x) Fy
(式中、Mはコバルト(Co),マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),タングステン(W),ニオブ(Nb),イットリウム(Y)およびジルコニウム(Zr)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。a,b,c,xおよびyは、−0.1≦a≦0.1、0.005≦b≦0.4、0≦c≦0.35、−0.1≦x≦0.2、0<y≦0.1の範囲内の値を表す。) - 前記正極活物質層は、空隙を15体積%以上35体積%以下の範囲内で有する、請求項2記載の二次電池用正極。
- 正極および負極と共に電解質を備え、
前記正極は、化1に示した平均組成を有する粒子状の正極活物質を含み、この粒子は、表面におけるフッ素(F)が内部に対して過剰に存在し、
前記正極についてX線吸収端微細構造解析により測定されるX線吸収端微細構造スペクトルにおいて、前記正極活物質の完全放電状態から80mol%のリチウムが離脱した状態とした際に、ニッケル(Ni)のK殻吸収端における吸光度の中間点のシフト量が、1.1eV以上である、二次電池。
(化1)
Lia+1 Ni(1-b-c) Mnb Mc O(2-x) Fy
(式中、Mはコバルト(Co),マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),タングステン(W),ニオブ(Nb),イットリウム(Y)およびジルコニウム(Zr)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。a,b,c,xおよびyは、−0.1≦a≦0.1、0.005≦b≦0.4、0≦c≦0.35、−0.1≦x≦0.2、0<y≦0.1の範囲内の値を表す。) - 前記正極は、正極集電体と、この正極集電体に設けられた正極活物質層とを有し、
前記正極活物質層は、空隙を15体積%以上35体積%以下の範囲内で有する、請求項4記載の二次電池。 - 一対の正極および負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が4.25V以上4.80V以下の範囲内である、請求項4記載の二次電池。
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