JP5366457B2 - 非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法及びこれによって製造された非水電解質二次電池用負極活物質 - Google Patents

非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法及びこれによって製造された非水電解質二次電池用負極活物質 Download PDF

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Description

この発明は、結晶性が高く、優れた高率充放電特性及び充放電サイクル特性を有する非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法に関するものである。
従来、非水電解質二次電池の負極活物質としては、リチウムの挿入/離脱が可能であることより、人造黒鉛、天然黒鉛、ハードカーボン等の種々の炭素材料が用いられており、二次電池を高容量化するために、これら炭素系活物質の利用率向上、電極体積当たりの充填密度向上による性能の改善が図られてきたが、実用量が黒鉛の理論容量(372mAh/g)に近づき、また充填密度向上も限界に近づいてきたため、現行の炭素材料を用いた電池の高容量化は困難になりつつある。
このため、負極活物質として金属リチウムやシリコン合金材料の検討が盛んに行なわれているが、これらの材料は電極の膨張収縮に伴うストレスが大きく実用化には至っていない。
これに対して、電極の膨張収縮のストレスが小さく、高容量な材料として、リチウムバナジウム酸化物が注目されているが、この材料は充放電時に酸化物の構造が変化することにより、構造劣化に伴う容量減少が観察されるという問題点がある(特許文献1)。
特開2003−68305
そこで本発明は、上記現状に鑑み、結晶性が高く、優れた高率充放電特性及び充放電サイクル特性を有する非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法を提供することを課題とする。
また、上記製造方法によって製造された非水電解質二次電池用負極活物質を提供することを課題とする。
さらにまた、上記負極活物質を含む非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池を提供することを課題とする。
すなわち本発明に係る非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法は、少なくともバナジウム化合物及びリチウム化合物を混合して焼成し、層状岩塩型構造を有するLi1.0(V1.0(0.5≦x≦1.0、0≦y≦0.5、x+y=1であり、Mは周期表2〜15族の元素を表す。)を得る第1焼成工程、及び、前記Li1.0(V1.0にリチウム化合物を添加して焼成する第2焼成工程を有することを特徴とする。
このようなものであれば、焼成工程を2段階に分けることにより、第1焼成工程において第1焼成工程において化学量論的に安定なLi1.0(V1.0を作製することで、空孔等の格子欠陥の少ない層状岩塩型構造を構築し、その後に第2焼成工程において過剰なリチウムイオンを結晶内に導入しているので、リチウムバナジウム酸化物の結晶性が著しく向上し、高容量化が図られ、優れた高率充放電特性及び充放電サイクル特性を有する非水電解質二次電池用負極活物質を得ることができる。
前記Li1.0(V1.0におけるyが0の場合、第2焼成工程において、Li1.01.0に対し、リチウム化合物に加えて更に周期表2〜15族の元素を含む化合物を添加して焼成することが好ましい。
前記リチウム化合物は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、亜硫酸リチウム、酢酸リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、酢酸リチウム、及び、リチウムアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも1の化合物であることが好ましい。
前記周期表2〜15族の元素は、Mg、Zr、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Ta、及び、Wからなる群より選ばれる少なくとも1の元素であることが好ましい。
前記第2焼成工程の焼成温度は、900℃以上であることが好ましい。
また本発明に係る非水電解質二次電池用負極活物質は、CuKα線を用いてX線回折測定より求めた(003)面の半価幅が0.20以下であるリチウムバナジウム酸化物からなることを特徴とする。
前記リチウムバナジウム酸化物は、組成式Li2+d(式中、0.1≦a≦2.5、0≦b≦0.5、0.5≦c≦1.5、0≦d≦0.5であり、Mは周期表2〜15族の元素及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。)で表されることが好ましい。
前記リチウムバナジウム酸化物は、(003)面のX線回折ピークの強度(I(003))と(104)面のX線回折ピークの強度(I(104))との比であるI(003)/I(104)の値が0.3〜3であることが好ましい。
前記リチウムバナジウム酸化物は、示差走査熱量計(DSC)の昇温時に70〜150℃の温度領域で吸熱ピークを有することが好ましく、70〜110℃の温度領域で吸熱領域を有することが更に好ましい。
前記リチウムバナジウム酸化物は、示差走査熱量計の昇温時に10〜100J/gの面積を有する吸熱ピークを表すことが好ましい。
更に本発明に係る負極は、本発明に係る非水電解質二次電池用負極活物質を含有することを特徴とする。
また本発明に係る非水電解質二次電池は、本発明に係る負極を備えていることを特徴とする。
このような構成を有する本発明によれば、リチウムバナジウム酸化物の結晶性が著しく向上し、高容量化が図られ、優れた高率充放電特性及び充放電サイクル特性を有する非水電解質二次電池用負極活物質を得ることができる。
以下に本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池について説明する。
前記二次電池の形態としては、例えば、コイン、ボタン、シート、シリンダー、偏平、角形等が挙げられる。これら二次電池は、正極、電解質、セパレータ、負極等から構成されている。
前記正極としては、例えば、Liを含有するTi、Mo、W、Nb、V、Mn、Fe、Cr、Ni、Co等の遷移金属の複合酸化物や複合硫化物、バナジウム酸化物、共役系ポリマー等の有機導電性材料、シェブレル相化合物等を活物質とするものが挙げられる。
前記電解液としては、例えば、有機溶媒にリチウム塩を溶解させた非水電解液、ポリマー電解質、無機固体電解質、ポリマー電解質と無機固体電解質との複合材等の非水電解液が挙げられる。
前記非水電解液の溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状エステル類:γ−ブチルラクトン等のγ−ラクトン類:1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン等の鎖状エーテル類:テトラヒドロフラン類の環状エーテル類:アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。
前記非水電解液の溶質であるリチウム塩としては、例えば、LiAsF、LiBF、LiPF、LiAlCl、LiClO、LiCFSO、LiSbF、LiSCN、LiCl、LiCSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiCSO等が挙げられる。
前記セパレータとしては、例えば、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィンからなる多孔性ポリマーフィルムや、ガラスフィルター、不織布等の多孔性材が使用できる。
前記負極としては、リチウムバナジウム酸化物系の負極活物質からなる粉末に、例えば、導電剤、結着剤、フィラー、分散剤、イオン導電剤、圧力増強剤等の添加剤を、適宜選択して配合してなるものが挙げられる。
前記導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、金属粉等が挙げられ、前記結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン等が挙げられる。
更に、前記各種添加剤に加えて、リチウムバナジウム酸化物系の負極活物質に他の負極活物質を混合してもよい。このような他の負極活物質としては、例えば、人造黒鉛や天然黒鉛等の炭素材料が挙げられる。本発明に係る負極活物質に他の負極活物質を混合することにより、充放電サイクル特性や高率放電特性が向上する場合がある。
次いで、リチウムバナジウム酸化物系の負極活物質と各種添加剤との混合物を水や有機溶媒等の溶媒に添加してスラリー又はペースト化する。得られたスラリー又はペーストを電極支持基板にドクターブレード法等を用いて塗布し、乾燥し、圧延ロール等で圧密化して、負極を作製する。
前記電極支持基板としては、例えば、銅、ニッケル、ステンレス鋼等からなる箔やシートやネット:炭素繊維からなるシートやネット等から構成されたものが挙げられる。なお、電極支持基板を用いずに、ペレット状に圧密化成形して負極としてもよい。
前記リチウムバナジウム酸化物系の負極活物質としては、組成式Li2+d(式中、0.1≦a≦2.5、0≦b≦0.5、0.5≦c≦1.5、0≦d≦0.5であり、Mは周期表2〜15族の元素及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。)で表されるリチウムバナジウム酸化物からなるものが好ましい。なかでも、a=1.1、b+c=0.9、かつ、d=0であるものがより好ましい。このような構造を有すると、極めて結晶性の高いものとなる。
前記リチウムバナジウム酸化物系の負極活物質は、例えば、第1焼成工程において、少なくともバナジウム化合物及びリチウム化合物を混合して焼成し、層状岩塩型構造を有するLi1.0(V1.0(0.5≦x≦1.0、0≦y≦0.5、x+y=1であり、Mは周期表2〜15族の元素及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。)を得て、次いで、第2焼成工程において、前記Li1.0(V1.0にリチウム化合物を添加して焼成することにより得られる。
図1は本発明に係るリチウムバナジウム酸化物の製造方法を示すフロー図である。
図1を参照してより詳細に説明すると、前記製造方法は、バナジウム化合物及びリチウム化合物を混合して焼成し、層状岩塩型構造を有するLi1.0(V1.0(0.5≦x≦1.0、0≦y≦0.5、x+y=1であり、Mは周期表2〜15族の元素及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。)を得る第1焼成工程、及び前記Li1.0(V1.0にリチウム化合物を添加して焼成する第2焼成工程を有する。
前記バナジウム化合物としては特に限定されず、例えば、V、V、V、V等の酸化バナジウム:金属バナジウム:オキシ三塩化バナジウム:四塩化バナジウム:三塩化バナジウム:メタバナジン酸アンモニウム、メタバナジン酸ナトリウム、メタバナジン酸カリウム等のメタバナジン酸塩:十バナジン酸六ナトリウム、十バナジン酸六アンモニウム等のポリバナジン酸塩等が挙げられる。
前記リチウム化合物としては特に限定されず、例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、亜硫酸リチウム、酢酸リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、酢酸リチウム、リチウムアルコキシド等が挙げられる。
前記第1焼成工程は、不活性雰囲気下又は還元性雰囲気下で行うことが好ましい。大気等の酸化性雰囲気下で焼成すると、得られるリチウムバナジウム酸化物がLiVOやLiVO等の5価のバナジウム酸化物となりやすく、このようなリチウムバナジウム酸化物は、層状岩塩型構造を有しておらず、放電容量や充放電効率が低いので好ましくない。
前記不活性雰囲気としては、例えば、Ar、N等の不活性ガス雰囲気が挙げられ、前記バナジウム化合物が、V、V、V等の低級酸化バナジウムや金属バナジウムである場合に好適である。
前記還元性雰囲気としては、例えば、H、SO等のガス雰囲気や、これらのガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気が挙げられ、前記バナジウム化合物が、Vやバナジン酸塩等の5価のバナジウム酸化物である場合に好適である。
前記第1焼成工程の焼成温度としては、バナジウム化合物とリチウム化合物とが反応して層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物が生成する温度であればいずれであってもよく、特に限定されないが、例えば、700〜1500℃程度の範囲で焼成が行なわれる。また、焼成時間は焼成温度に従って適宜選択されればよいが、例えば1〜10時間程度である。
前記第2焼成工程で用いるリチウム化合物としては、第1焼成工程で用いるリチウム化合物と同様のものが挙げられる。
前記第2焼成工程において、前記第1焼成工程において得られた層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に周期表2〜15族の元素が含まれていない場合は、当該リチウムバナジウム酸化物に対し、リチウム化合物に加えて更に周期表2〜15族の元素を添加して焼成することが好ましい。リチウムバナジウム酸化物に周期表2〜15族の元素が配合されると、より高容量化を図ることができる。
前記周期表2〜15族の元素としては特に限定されないが、例えば、Mg、Zr、Ti、Cr、
Mn、Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Ta、W等が挙げられ、前記層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に添加する際には、これらの元素の酸化物、シュウ酸化物、水酸化物、炭酸塩、酢酸塩、金属酸塩等の形態で添加することが好ましい。
前記第2焼成工程は、不活性雰囲気下又は還元性雰囲気下で行うことが好ましい。大気等の酸化性雰囲気下で焼成すると、得られるリチウムバナジウム酸化物が5価のバナジウム酸化物となりやすく、このようなリチウムバナジウム酸化物は結晶性が低く、放電容量や充放電効率が低いので好ましくない。当該不活性雰囲気及び前記還元性雰囲気としては、第1焼成工程におけるものと同様のものが挙げられる。
前記第2焼成工程の焼成温度としては特に限定されないが、900℃以上であることが好ましい。焼成温度が900℃以上であると、リチウム化合物や周期表2〜15族の元素を含有する化合物が第1焼成工程で得られたリチウムバナジウム酸化物の層状岩塩型構造に高い結晶状態で挿入される。より好ましくは、900〜1500℃程度の範囲で焼成が行なわれる。また、焼成時間は焼成温度に従って適宜選択されればよいが、例えば1〜10時間程度である。
図2には従来のリチウムバナジウム酸化物の製造法を示すが、Li1.10.9は元来、化学量論比からのずれがある不安定なものであるため、図2に示すように原料を一括して混合して焼成することでLi1.10.9を得ようとすると、結晶格子の中に空孔などの格子欠陥を有する結晶が生成され易い傾向にあると思われる。このようなリチウムバナジウム酸化物に対して充放電を行った場合、充電中にその空孔内にリチウムイオンが挿入されると考えられる。この際、他の原子との結合が適切に成され、空孔を補完するように挿入されるのであれば問題はないが、適切に挿入されずに格子欠陥となることがあると考えられる。格子欠陥となって安定化した場合には、各原子間の結合のバランスに変化が発生して、層間距離が一定のまま保持されたり、リチウムイオンが電気的に反発する等の原因で、リチウムバナジウム酸化物の層状構造の層間にリチウムイオンを吸蔵、放出を行うことができない部位が微視的に形成され、その結果、電池全体の容量低下を招くことになると思われる。
本発明の焼成工程を2段階に分ける上述の製造方法によれば、第1焼成工程において化学量論的に安定なLi1.01.0を作製することで、空孔等の格子欠陥の少ない層状岩塩型構造がを構築し、その後に第2焼成工程において過剰なリチウムイオンを結晶内に導入している。これにより、充放電時にリチウムイオンが結晶欠陥に挿入されてリチウムバナジウム酸化物が不活化されて容量が低下することを抑制できるものと考えられる。
また、本発明に係る一実施形態による負極活物質は、バナジウム化合物、リチウム化合物及び選択的に周期表2〜15族の元素を合有する化合物を混合して、1150〜1250℃の高温で焼成して製造されてもよい。
前記バナジウム化合物、リチウム化合物及び選択的に周期表2〜15族の元素を合有する化合物は前述の通りである。
前記焼成工程は、不活性雰囲気下または還元性雰囲気下で行われることが好ましい。
また、本発明の製造方法によるリチウムバナジウム酸化物系の負極活物質は、X線回折(XRD)測定より求めた(003)面の半価幅が0.20以下となり、従来のものと比べても極めて高い結晶性を有するものである。
前記負極活物質は、(003)面のX線回折ピークの強度(I(003))と(104)面のX線回折ピークの強度(I(104))との比であるI(003)/I(104)の値が好ましくは0.3〜3を示し、より好ましくは0.5〜2を示す。
I(003)/I(104)の値が前記範囲内では理想的な層状化合物を形成して好ましく、前記範囲を外れる場合、層状に形成されないこともあるため、好ましくない。
前記(003)面の半価幅及びX線回折ピークの強度測定は、CukαのX線(50kV/300mA)を用いて10〜90°の2θ範囲で0.02°/秒露出の走査速度の条件で、X線回折分析より得られた値である。
また、示差走査熱量計(DSC)の昇温時に70〜150℃の温度領域で吸熱ピークを有し、好ましくは70〜110℃の温度領域で吸熱ピークを有する。前記のような温度領域で吸熱ピークを示すことにより、優れた安全性が得られる。
また、70〜110℃の温度領域で吸熱ピークを有することが電池充放電時に負極活物質と電解液の反応によって形成されるSEI被膜が分解されて発生する熱(発熱)を低い温度で吸熱することができて、熱暴走現象を抑制することができるので、結果的に電池の安全性を向上させることができる。
吸熱ピークの面積は、10〜100J/gであることが好ましく、10〜60J/gであることが更に好ましい。吸熱ピークの面積が前記範囲内では熱暴走初期の熱量を吸収することができるので、熱安定性の側面では好ましい。
前記示差走査熱量法による吸熱ピークは、負極活物質を用いて製造された電池を1回充放電した後、乾燥して得られた負極活物質粉末をアルゴンガス(30ml/min)中、昇温速度10℃/minで昇温させてDSC昇温曲線図を作成し、これより求めた。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
<実施例1>
LiCO:V=1.0:1.0(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成して骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物を得た。次に、作製した骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に対しLiCOを、層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物:LiCO=0.9:0.1(mol比)で混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.10.9)を得た。
また、得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.10.9)48重量%に黒鉛粉末42重量%及びポリフッ化ビニリデン10重量%を配合して負極を作製し、更に、LiCoO91重量%とアセチレンブラック3重量%及びポリフッ化ビニリデン6重量%からなる正極を作製した。これらの極をセパレータを介して巻き取った電極群を電池缶に入れ、端子溶接を行なった。続いて1M LiPF EC/DEC(3:7)の電解液を注液した。1時間静置した後封口して電池を完成させた。
<実施例2>
LiCO:V=1.0:1.0(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成して骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物を得た。次に、作製した骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に対しLiCO及びMgC・2HOを、層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物:LiCO:MgC・2HO=0.87:0.1:0.03(mol比)で混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Mg0.030.87)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Mg0.030.87)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<実施例3>
LiCO:V=1.0:1.0(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成して骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物を得た。次に、作製した骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に対しLiCO及びZrOを、層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物:LiCO:ZrO=0.87:0.1:0.03(mol比)で混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Zr0.030.87)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Zr0.030.87)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<実施例4>
LiCO:V=1.0:1.0(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成して骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物を得た。次に、作製した骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に対しLiCO及びTiOを、層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物:LiCO:TiO=0.87:0.1:0.03(mol比)で混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Ti0.030.87)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Ti0.030.87)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<実施例5>
LiCO:V=1.0:1.0(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成して骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物を得た。次に、作製した骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に対しLiCOを、層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物:LiCO=0.9:0.1(mol比)で混合し、窒素ガス雰囲気下で1000℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.10.9)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.10.9)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<実施例6>
LiCO:V=1.0:1.0(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成して骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物を得た。次に、作製した骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に対しLiCOを、層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物:LiCO=0.9:0.1(mol比)で混合し、窒素ガス雰囲気下で900℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.10.9)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.10.9)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<比較例1>
LiCO:V=1.1:0.9(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.10.9)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.10.9)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<実施例7>
LiCO:MgC・2HO:V=1.0:0.1:0.9(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成して骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物を得た。次に、作製した骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に対しLiCOを、層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物:LiCO=0.9:0.1(mol比)で混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Mg0.090.81)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Mg0.090.81)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<実施例8>
LiCO:ZrO:V=1.0:0.1:0.9(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成して骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物を得た。次に、作製した骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に対しLiCOを、層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物:LiCO=0.9:0.1(mol比)で混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Zr0.090.81)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Zr0.090.81)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<実施例9>
LiCO:TiO:V=1.0:0.1:0.9(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成して骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物を得た。次に、作製した骨格となる層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物に対しLiCOを、層状岩塩型構造を有するリチウムバナジウム酸化物:LiCO=0.9:0.1(mol比)で混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Ti0.090.81)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Ti0.090.81)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<実施例10>
LiCO:MgC・2HO:V=1.1:0.09:0.81(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1150℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Mg0.090.81)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<比較例2>
LiCO:MgC・2HO:V=1.1:0.09:0.81(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Mg0.090.81)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Mg0.090.81)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<比較例3>
LiCO:ZrO:V=1.1:0.09:0.81(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Zr0.090.81)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Zr0.090.81)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
<比較例4>
LiCO:TiO:V=1.1:0.09:0.81(mol比)を混合し、窒素ガス雰囲気下で1100℃で5時間焼成してリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Ti0.090.81)を得た。得られたリチウムバナジウム酸化物(Li1.1Ti0.090.81)を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様にして電池の作製を行なった。
前記実施例1〜10及び比較例1〜4より得られたリチウムバナジウム酸化物からなる負極活物質に対して以下の条件でXRD測定を行ない、(003)面の半価幅及び(003)面と(104)面とのピーク強度比を求めた。得られた結果を表1に示した。
XRD測定装置:Rigaku Rint2000(リガク製)
管球:CuKα1
電圧:50kV
電流:300mA
走査範囲:10〜90°
測定方法:フーリエ変換
走査ステップ:0.02°
計測時間:1.2秒
また、前記実施例1〜10及び比較例1〜4より得られたリチウムバナジウム酸化物からなる負極活物質に対して示差走査熱量法で吸熱ピーク及びピーク面積を観察した。得られた結果を表1に示した。
前記示差走査熱量法による吸熱ピーク測定は、負極活物質をアルゴンガス(30ml/min)中、昇温速度10℃/minで昇温させてDSC昇温曲線図を作成し、これより吸熱ピーク温度を求めた。
XRD測定の結果、表1に示すように、焼成工程を2段階に分けて行ない、かつ、少なくともリチウム化合物を2回に分けて添加することにより、(003)面の半価幅が0.20以下である極めて結晶性の高いリチウムバナジウム酸化物が得られた。
前記実施例1〜10及び比較例1〜4による電池に対して定電流(0.5C)−定電圧(4.2V)で充電後、放電終始電圧2.75Vまで0.2C放電と2C放電を実施した。また、定電流(0.5C)−定電圧(4.2V)で充電後、放電終始電圧2.75Vまで0.5C放電を200サイクル実施した。得られた結果は表2に示した。
なお、表1中の注記は以下のとおりである。
*1:比較例1の2C/0.2C放電効率特性を100%とした時の割合
*2:比較例1のサイクル寿命特性を100%とした時の割合
*3:比較例2の2C/0.2C放電効率特性を100%とした時の割合
*4:比較例2のサイクル寿命特性を100%とした時の割合
*5:比較例3の2C/0.2C放電効率特性を100%とした時の割合
*6:比較例3のサイクル寿命特性を100%とした時の割合
*7:比較例4の2C/0.2C放電効率特性を100%とした時の割合
*8:比較例4のサイクル寿命特性を100%とした時の割合
また、表2に示すように、リチウム化合物を2段階の焼成工程ごとに分けて添加することにより、最初の焼成工程で全てのリチウム化合物を配合するよりも放電効率特性とサイクル寿命特性に優れたリチウムバナジウム酸化物が得られることが明らかとなった。
本発明で得られた非水電解質二次電池用負極活物質を用いることにより、二次電池の高容量化を図ることができる。
本発明に係るリチウムバナジウム酸化物の製造方法を示すフロー図。 従来のリチウムバナジウム酸化物の製造方法を示すフロー図。

Claims (5)

  1. 少なくともバナジウム化合物及びリチウム化合物を混合して焼成し、層状岩塩型構造を有するLi1.0(V1.0(0.5≦x≦1.0、0≦y≦0.5、x+y=1であり、Mは周期表2〜15族の元素を表す。)を得る第1焼成工程、及び、前記Li1.0(V1.0にリチウム化合物を添加して焼成する第2焼成工程を有する非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
  2. 前記Li1.0(V1.0におけるyが0の場合、第2焼成工程において、Li1.01.0に対し、リチウム化合物に加えて更に周期表2〜15族の元素を含む化合物を添加して焼成する請求項1記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
  3. 前記リチウム化合物は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、亜硫酸リチウム、酢酸リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、酢酸リチウム、及び、リチウムアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも1の化合物である請求項1又は2記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
  4. 前記周期表2〜15族の元素は、Mg、Zr、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Ta、及び、Wからなる群より選ばれる少なくとも1の元素である請求項1、2又は3記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
  5. 前記第2焼成工程の焼成温度は、900℃以上である請求項1、2、3又は4記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
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