JP5263807B2 - 電極用リン酸鉄リチウム粉体の製造方法 - Google Patents
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Description
まず、硝酸リチウム(LiNO3)と、硝酸鉄(Fe(NO)3)と、オルトリン酸(H3PO4)をモル比で1:1:1となるように混合して、ビーカーに入れ、水を添加して、攪拌しながら溶解させた。水溶液の濃度は1リットル当たり0.1モルから1モルの範囲で設定される。
硝酸リチウム、硝酸鉄、リン酸の0.1モル/リットル水溶液にフルクトース(果糖)20重量%を加えた混合溶液を図1に示す装置により処理して微粉体を生成した。超音波振動の周波数を1.6MHzとし、空気の流量速度を毎分5リットルに設定して発生した微小ミストを電気炉へ送り、400℃で乾燥し800℃で熱分解した後サイクロンで捕集回収した。
硝酸リチウム、硝酸鉄、リン酸の0.1モル/リットル水溶液にフルクトース60重量%を加えた混合溶液を図1に示す装置により処理して微粉体を生成した。超音波振動の周波数を1.6MHzとし、空気の流量速度を毎分5リットルに設定して発生した微小ミストを電気炉へ送り、400℃で乾燥し800℃で熱分解した後サイクロンで捕集回収した。
実施例2の場合においてフルクトースの代わりにスクロースを用いて同様に焼成時間を2時間、5時間及び10時間に設定して処理したところ、それぞれ平均粒径が350nm、300nm及び50nmのリン酸鉄リチウム粉体が得られた。
実施例3の場合においてフルクトースの代わりにスクロースを用いて同様に焼成時間を2時間、5時間及び10時間に設定して処理したところ、それぞれ平均粒径が400nm、300nm及び50nmのリン酸鉄リチウム粉体が得られた。
硝酸リチウム、硝酸鉄、リン酸の水溶液の濃度を0.02モル/リットル〜0.5モル/リットルまで調製し、調製された水溶液にそれぞれフルクトース20重量%及び60重量%を加えた混合溶液を図1に示す装置により処理して微粉体を生成した。超音波振動の周波数を1.6MHzとし、空気の流量速度を毎分5リットルに設定して発生した微小ミストを電気炉へ送り、400℃で乾燥し800℃で熱分解した後サイクロンで捕集回収した。
σg=84.13%径/50%径
例えば,σg=1.1の場合、50%径dに対して84.13%径が1.1であり、全体の約68%が平均粒径の±10%以内に含まれることを示す。1.2の場合、平均粒径が0.1μmならば、全体の粒子の68%が0.08μm〜0.12μmの範囲内に含まれることを示している。単分散とは幾何標準偏差が1.2以下のものを指す。
硝酸リチウム、硝酸鉄、リン酸の1モル/リットル水溶液にフルクトース60重量%を加えた混合溶液を図2に示す装置により処理して微粉体を生成した。スプレーの噴射速度は毎分30リットルとし、ガスバーナの火炎温度は500℃に設定して微小ミストを熱分解して微粉体を捕集回収した。
実施例7の場合においてガスバーナから空気を反応容器内に導入して300℃の熱風により微小ミストを加熱処理した。得られた微粉体は、600nmであった。図14は、得られた微粉体を走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。
硝酸リチウム、硝酸鉄、リン酸の水溶液の濃度を0.5モル/リットル〜1.5モル/リットルまで調製し、調製された水溶液にそれぞれフルクトース20重量%及び60重量%を加えた混合溶液を図2に示す装置により処理して微粉体を生成した。スプレーの噴射速度は毎分30リットルとし、ガスバーナの火炎温度は500℃に設定して微小ミストを熱分解して微粉体を捕集回収した。
実施例9の場合において焼成時間を10時間に設定して処理を行った。図17は、得られたリン酸鉄リチウム粉体を走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。また、図18は、得られたリン酸鉄リチウム粉体の平均粒径の測定結果及びその幾何標準偏差である。平均粒径が約50nmで単分散の粉体が得られたことが示されている。
実施例2と同様の条件でスクロース、フルクトースをそれぞれ60重量%添加して生成した微粉体をアルゴン−水素(5%)混合ガス雰囲気中の電気炉中で700℃、2時間焼成してリン酸鉄リチウム粉体を得た。得られたリン酸鉄リチウム粉体を用いて実施例1の場合と同様のリチウムイオン電池(2032型コインセル)を作製して実施例1と同様の充放電試験を行った。図19は、充放電試験結果を示す充放電曲線である。充放電レートは1C(1時間で充電と放電を行った)とした。スクロースを添加した場合及びフルクトースを添加した場合のいずれでも150mAh/gの放電容量が得られたことがわかる。
実施例11の場合においてフルクトースを60重量%添加し焼成時間を10時間に設定してリン酸鉄リチウム粉体を得た。図20は、充放電試験結果を示す充放電曲線である。充放電レートは1C(1時間で充電と放電を行った)とした。160mAh/gの放電容量が得られたことがわかる。
実施例2と同様の条件でフルクトースを20重量%〜60重量%添加して生成した微粉体をアルゴン−水素(5%)混合ガス雰囲気中の電気炉中で700℃、2時間焼成してリン酸鉄リチウム粉体を得た。得られたリン酸鉄リチウム粉体を用いて実施例1の場合と同様のリチウムイオン電池(2032型コインセル)を作製して実施例1と同様の充放電試験を行った。充放電レートは、1C(1時間で充電と放電を行った)及び10C(6分間で充電と放電を行った)とした。図21は、充放電試験結果を示すグラフである。縦軸に放電容量(mAh/g)をとり、横軸にフルクトースの重量%をとっている。フルクトースの添加量が増加すると放電容量も増加することがわかる。
実施例2と同様の条件でフルクトースを20重量%及び60重量%添加して生成した微粉体をアルゴン−水素(5%)混合ガス雰囲気中の電気炉中で700℃の加熱温度で焼成してリン酸鉄リチウム粉体を得た。焼成時間を2時間、5時間及び10時間に設定した。
実施例2と同様の条件でフルクトースを20重量%〜60重量%添加して生成した微粉体をアルゴン−水素(5%)混合ガス雰囲気中の電気炉中で700℃、2時間焼成してリン酸鉄リチウム粉体を得た。得られたリン酸鉄リチウム粉体を用いて実施例1の場合と同様のリチウムイオン電池(2032型コインセル)を作製して実施例1と同様の充放電試験を気温が25℃及び50℃の環境下で行った。充放電レートは、1C(1時間で充電と放電を行った)とし、500サイクルまで充放電を繰り返した。図23は、試験結果を示すグラフである。縦軸に放電容量をとり、横軸にサイクル数をとっている。25℃では500サイクル後、初期放電容量の80%を維持しており、50℃では95%を維持していることがわかる。
実施例15の場合における充放電試験の充放電レートを5C(12分で充電と放電を行った)及び10C(6分で充電と放電を行った)とし、1000サイクルまで充放電を繰り返した。気温は25℃に設定された環境下で試験を行った。図23は、試験結果を示すグラフである。縦軸に放電容量をとり、横軸にサイクル数をとっている。1000サイクル後でも初期放電容量の80%を維持していることがわかる。
実施例7と同様の条件でフルクトースを60重量%添加し、ガスバーナの500℃の火炎による加熱処理及びガスバーナから空気を導入した300℃の熱風による加熱処理で生成した微粉体をアルゴン−水素(5%)混合ガス雰囲気中の電気炉中で700℃、2時間焼成してリン酸鉄リチウム粉体を得た。得られたリン酸鉄リチウム粉体を用いて実施例1の場合と同様のリチウムイオン電池(2032型コインセル)を作製して実施例1と同様の充放電試験を行った。充放電レートは、1C(1時間で充電と放電を行った)とした。図25は、充放電試験結果を示す充放電曲線である。火炎による加熱処理では145mAh/gの放電容量が得られ、熱風による加熱処理では155mAh/gの放電容量が得られたことがわかる。
実施例17の場合における焼成時間を2時間、5時間及び10時間に設定した。得られたリン酸鉄リチウム粉体の平均粒径を測定するとともに、得られたリン酸鉄リチウム粉体を得た。得られたリン酸鉄リチウム粉体を用いて実施例1の場合と同様のリチウムイオン電池(2032型コインセル)を作製して実施例1と同様の充放電試験を行った。充放電レートは、10C(6分間で充電と放電を行った)とした。図26に試験結果を示す。これらの試験結果から平均粒径が小さくなるにしたがい放電容量が高くなることがわかる。
実施例7と同様の条件でフルクトースを60重量%添加し、ガスバーナの500℃の火炎による加熱処理及びガスバーナから空気を導入した300℃の熱風による加熱処理で生成した微粉体をアルゴン−水素(5%)混合ガス雰囲気中の電気炉中で700℃、2時間焼成してリン酸鉄リチウム粉体を得た。得られたリン酸鉄リチウム粉体を用いて実施例1の場合と同様のリチウムイオン電池(2032型コインセル)を作製して実施例1と同様の充放電試験を行った。充放電レートは、1C(1時間で充電と放電を行った)とし、500サイクルまで充放電を繰り返した。図27は、試験結果を示すグラフである。縦軸に放電容量をとり、横軸にサイクル数をとっている。火炎による加熱処理及び熱風による加熱処理のいずれの場合でも、500サイクル後、初期放電容量の80%を維持していることがわかる。
実施例7と同様の条件でフルクトースを60重量%添加し、ガスバーナの500℃の火炎による加熱処理で生成した微粉体をアルゴン−水素(5%)混合ガス雰囲気中の電気炉中で700℃、10時間焼成してリン酸鉄リチウム粉体を得た。得られたリン酸鉄リチウム粉体を用いて実施例1の場合と同様のリチウムイオン電池(2032型コインセル)を作製して実施例1と同様の充放電試験を行った。充放電レートは、1C(1時間で充電と放電を行った)とし、500サイクルまで充放電を繰り返した。図28は、試験結果を示すグラフである。縦軸に放電容量をとり、横軸にサイクル数をとっている。火炎による加熱処理の場合、焼成時間を10時間に設定すると、500サイクル後、初期放電容量の95%を維持していることがわかる。
実施例20の場合において充放電レートを10C(6分間で充電と放電を行った)とし、500サイクルまで充放電を繰り返した。図28は、試験結果を示すグラフである。縦軸に放電容量をとり、横軸にサイクル数をとっている。火炎による加熱処理の場合、焼成時間を10時間に設定すると、500サイクル後、初期放電容量の80%を維持していることがわかる。
K 電気炉
R 反応管
C 捕集機
10 供給容器
11 スプレー
12 ガスバーナ
13 反応容器
14 連通ダクト
15 捕集機
16 バグフィルタ
17 吸引ファン
Claims (4)
- 炭素を含有するリン酸鉄リチウム粉体の製造方法であって、炭素含有化合物、リチウム含有化合物、鉄含有化合物及びリン含有化合物を含む混合溶液を作製する工程と、作製された前記混合溶液から微小なミストを生成する工程と、生成された微小ミストを流通させながら200℃〜400℃で加熱して乾燥させた後500℃〜900℃で熱分解させて炭素を含有するリン酸鉄リチウム前駆体からなる微粉体を生成する工程と、生成された前記微粉体を不活性ガス−水素混合ガス雰囲気中で600℃〜800℃で加熱して焼成することで炭素を含有するリン酸鉄リチウム粉体を生成する工程とを備えたことを特徴とする電極用リン酸鉄リチウム粉体の製造方法。
- 前記微粉体の焼成時間は、2時間〜10時間であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 前記混合溶液は、前記炭素含有化合物として炭水化物及び/又は有機酸を添加することを特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記混合溶液は、前記リチウム含有化合物、前記鉄含有化合物及び前記リン含有化合物を溶解させた水溶液に前記炭素含有化合物を10重量%〜60重量%の割合で添加して作製することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の製造方法。
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