JP5510528B2 - 非水系電解質二次電池用正極活物質、及びそれを用いた非水系電解質二次電池 - Google Patents
非水系電解質二次電池用正極活物質、及びそれを用いた非水系電解質二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5510528B2 JP5510528B2 JP2012250882A JP2012250882A JP5510528B2 JP 5510528 B2 JP5510528 B2 JP 5510528B2 JP 2012250882 A JP2012250882 A JP 2012250882A JP 2012250882 A JP2012250882 A JP 2012250882A JP 5510528 B2 JP5510528 B2 JP 5510528B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- active material
- electrode active
- nickel
- secondary battery
- 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
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
この中でも、リチウム金属複合酸化物、特に、比較的容易に合成することができるリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。このリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を用いたリチウムイオン二次電池では、優れた初期容量特性やサイクル特性を得るための開発がこれまで数多く行われてきており、すでにさまざまな成果が得られている。
また、リチウムイオン二次電池の自己放電特性やサイクル特性を向上させることを目的として、LizNiaCobMcOz(式中、Mは、Al、V、Mn、Fe、Cu又はZnから選ばれる少なくとも1種の元素であり、x、a、b、cは、0.8≦x≦1.2、0.01≦a≦0.99、0.01≦b≦0.99、0.01≦c≦0.3、0.8≦a+b+c≦1.2である。)で表されるリチウムニッケル系複合酸化物が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、上記した従来の製造方法によって得られたリチウムニッケル複合酸化物では、リチウムコバルト系複合酸化物に比べて充電容量、放電容量ともに高く、サイクル特性も改善されているが、満充電状態で高温環境下に放置しておくと、コバルト系複合酸化物に比べて低い温度から酸素放出を起こすといった問題がある。
Li1+zNi1−x−yCoxMyO2
(式中、x、y、zは、下記の(1)〜(3)に示す要件を満たす。)
で表される複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、
前記添加元素(M)は、酸素との親和性がニッケルより優れたアルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)又はモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも2種の元素からなり、かつ添加元素(M)の平均価数は、3価を超え、
添加元素(M)が固溶し、X線回折分析で確認される結晶構造が単相であり、粒度分布のD50が8.2μm以上の球状粒子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が提供される。
(1) 0.10≦x≦0.21
(2) 0.015≦y≦0.08
(3) −0.05≦z≦0.10
また、本発明の第3の発明によれば、第1又は2の発明において、前記粒度分布のD50が8.2〜11μm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が提供される。
また、本発明の第4の発明によれば、第1〜3のいずれかの発明において、前記添加元素(M)の平均価数が3.5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が提供される。
1.非水系電解質二次電池用正極活物質
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、リチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する次の一般式:Li1+zNi1−x−yCoxMyO2(式中、x、y、zは、下記の(1)〜(3)に示す要件を満たす。)で表される複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、
前記添加元素(M)は、酸素との親和性がニッケルより優れたアルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)又はモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも2種の元素からなり、かつ添加元素(M)の平均価数は、3価を超え、
添加元素(M)が固溶し、X線回折分析で確認される結晶構造が単相であり、粒度分布のD50が8.2μm以上の球状粒子であることを特徴とする。
(1) 0.10≦x≦0.21
(2) 0.015≦y≦0.08
(3) −0.05≦z≦0.10
V=(V1×Y1+V2×Y2+V3×Y3+・・・)/y
(式中のY1、Y2、Y3、・・・は、添加元素(M1、M2、M3、・・・)の添加量を表す。V1、V2、V3、・・・は、添加元素(M1、M2、M3、・・・)の価数を表す。yは、y=Y1+Y2+Y3+・・・を表す。)
一般に、非水系電解質二次電池の充放電反応としては、正極活物質内のリチウムイオンが可逆的に出入りすることで進行する。充電によってリチウムが引き抜かれた正極活物質は高温において不安定となるので、加熱すると活物質が分解して酸素を放出し、この酸素が電解液の燃焼を引き起こし発熱反応が起こると言われている。ここで、電池の外部への放熱速度が内部の発熱速度よりも大きければ、電池の温度が上昇することはないが、逆であれば電池の温度が上昇して熱暴走に至る。したがって、電池の安全性を改善するということは、正極側の立場に立てば、リチウムが引き抜かれた正極活物質の分解反応を抑える、若しくは反応速度を低減させるということである。
また、アルミニウム以外の酸素との親和性がニッケルより優れ、かつ価数の高い元素を単独で用いた場合には、一般に、正極材料に異相を生じさせずに、熱安定性に十分な効果を発揮することができる量を置換し固溶させることが難しいことが知られている。
要件(1)は、Coの置換量xとしては、0.10≦x≦0.21である。すなわち、元素置換を行なわない純粋なリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)は、サイクル特性に劣るという欠点を有するが、これを解決するためにはNiの一部をCoで置換することが有用であることが知られている。ここで、特に、xの値を0.10以上とすることで十分なサイクル特性を得ることができる。一方、Coの置換量を多くすると初期容量の低下が顕著になり、ニッケル系複合酸化物からなる正極活物質の最大のメリットである高容量を犠牲にしてしまうため、最大でもxの値を0.21とする。
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質を製造する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、下記の工程(イ)〜(ニ)を含むことを特徴とする方法が用いられる。
工程(イ):ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アルカリ水溶液を加えた後、それらを一定速度にて攪拌して、共沈殿させ、反応槽内で定常状態になった後に沈殿物を採取し、濾過、水洗して、ニッケルとコバルトの原子比を制御したニッケルコバルト複合水酸化物を得る。
工程(ロ):前記ニッケルコバルト複合水酸化物を、アルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる添加元素(M)を含む水溶液中に分散させ、該複合水酸化物中に該化合物を含浸させるか、若しくは該複合水酸化物表面に中和処理により生成された添加元素(M)の水酸化物を付着させるかした後、乾燥して、添加元素(M)の原子比を制御したニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を得る。
工程(ハ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を、300〜900℃の温度で焼成してニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
工程(ニ):前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、この混合物を650〜850℃の温度で焼成して、リチウムの原子比を制御したリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る。
上記工程(イ)は、ニッケル塩とコバルト塩の混合水溶液に、アルカリ水溶液を加えた後、それらを一定速度にて攪拌して、共沈殿させ、反応槽内で定常状態になった後に沈殿物を採取し、濾過、水洗して、ニッケルとコバルトの原子比を制御したニッケルコバルト複合水酸化物(NiCo(OH)2)を得る工程である。ここで、ニッケルとコバルトの原子比の制御は、例えば、上記正極活物質を表わす一般式を満足する所定値になるように、混合液中に含有されるニッケルとコバルトの原子比を調整することにより行われる。このとき、pHを10〜12.5の範囲、及び反応温度を50〜80℃の範囲に保持することが、略球状粒子を得るために好ましい。
上記工程(ロ)は、前記ニッケルコバルト複合水酸化物を、アルミニウム、マンガン、ニオブ又はモリブデンから選ばれる少なくとも2種の元素からなる添加元素(M)を含む水溶液中に分散させ、該複合水酸化物中に該化合物を含浸させるか、若しくは該複合水酸化物表面に中和処理により生成された添加元素(M)の水酸化物を付着させるかした後、乾燥して、添加元素(M)の原子比を制御したニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物(NiCoM(OH)2)を得る工程である。ここで、添加元素(M)の原子比の制御は、例えば、上記正極活物質を表わす一般式を満足する所定値になるように、添加元素(M)を含む水溶液中に含有される添加元素(M)の配合割合をニッケル及びコバルトの全量に対し調整することにより行われる。また、添加元素(M)のそれぞれを含む水溶液を用いて、この工程を複数回行うことができる。
上記工程(ハ)は、前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物を、300〜900℃の温度で焼成してニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物(NiCoMO)を得る工程である。これにより、略球状の複合酸化物粉末が得られる。
上記工程(ニ)は、前記ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物とリチウム化合物とを混合し、この混合物を650〜850℃の温度で焼成して、リチウムの原子比を制御したリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物(LiNiCoMO2)を得る工程である。ここで、リチウムの原子比の制御は、例えば、上記正極活物質を表わす一般式を満足する所定値になるように、リチウム化合物中に含有されるリチウムの配合割合をニッケル、コバルト及び添加元素(M)の全量に対し調整することにより行われる。これにより、略球状の複合酸化物粉末が得られる。
すなわち、焼成温度が650℃未満では、リチウム化合物との反応が十分に進まず、所望の層状構造をもったリチウムニッケル複合酸化物を合成することが難しくなる。一方、850℃を超えると、Li層にNiが、Ni層にLiが混入して層状構造が乱れ、3aサイトにおけるリチウム以外の金属イオンのサイト占有率が大きくなってしまい、リチウムのサイトである3aサイトに金属イオンの混入率が高くなり、リチウムイオンの拡散パスが阻害され、その正極を用いた電池は初期容量や出力が低下してしまう。
また、上記工程(イ)、(ロ)、(ハ)の代わりに、ニッケル化合物、コバルト化合物、及び添加元素(M)化合物を単純に混合し焼成して、ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物を得る工程を行う方法でも、それらすべての金属元素がお互いに固溶している状態を実現することができれば、問題なく用いることができる。
さらに、リチウム化合物と混合する前であればこれら金属元素が完全には固溶していなくとも、リチウム化合物と混合し焼成したあとですべての金属元素が固溶している状態を実現することができるのであれば、いずれの方法も用いることができる。例えば、最終的なリチウム金属複合酸化物としたときに、金属元素がお互いに固溶しているのであれば、複合水酸化物を焼成して複合酸化物とする工程(ハ)を省略することができる。
ここで、上記ニッケル化合物及びコバルト化合物としては、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、オキシ水酸化物等が用いられる。また、上記添加元素(M)化合物としては、酸化物、炭酸化物、アンモニウム塩等が用いられる。
本発明の非水電解質二次電池は、上記非水電解質二次電池用正極活物質を正極として用いてなる高容量で安全性の高いものである。
ここで、上記リチウムイオン二次電池の形態について、各構成要素ごとにそれぞれ詳しく説明する。本発明に係るリチウムイオン二次電池は、正極、負極、非水電解液等、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素から構成される。なお、以下で説明する形態は例示に過ぎず、本発明の非水系電解質二次電池は、下記形態をはじめとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本発明の非水系電解質二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して溶剤を飛散させる。また、必要に応じて、電極密度を高めるべくロールプレス等により加圧することもある。このようにしてシート状の正極を作製することができる。得られたシート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等し、電池の作製に供することができる。
さらに、必要に応じて、正極活物質、導電材、活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加する。この溶剤としては、具体的にはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には電気二重層容量を増加させるために活性炭を添加することができる。
ただし、本発明の非水電解質二次電池は、上記正極活物質を用いる点に特徴を有するものであり、その他の構成要素は特に限定されるものではない。
上記負極としては、例えば、金属リチウム、リチウム合金等、また、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用する。
上記負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を用いることができ、これら活物質および結着剤を分散させる溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
(2)正極活物質の添加元素(M)の平均価数の評価:前述の添加元素(M)の平均価数(V)の関係式で求めた。
(3)正極活物質の結晶構造の分析:X線回折装置(リガク電機社製:RINT−1400)で分析した。
(4)正極活物質の粒度分布の測定:レーザー散乱式粒度測定装置(日機装製 マイクロトラックHRA)で測定した粒度分布から、D50(累積分布率50質量%での粒度)を求めた。
(5)正極活物質の粉体充填密度(タップ密度)の測定:粉末12gを20mlのガラス製メスシリンダーに入れ、振とう比重測定器(蔵持科学器械製作所製KRS−409)にて500回タップした後の粉体充填密度を求めた。
作製した電池は24時間程度放置し、開路電圧OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.5mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電して初期充電容量とし、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。充放電容量の測定には,ADVANTEST社製マルチチャンネル電圧/電流発生器(R6741A)を用いた。
(1)ニッケルコバルト複合水酸化物の調製
ニッケルとコバルトの配合割合が原子比で85:15となるように、硫酸ニッケル(和光純薬工業製、試薬特級)と硫酸コバルト(和光純薬工業製、試薬特級)を添加し、ニッケルとコバルトの合計濃度で2モル/Lの混合水溶液を反応槽に準備した。次いで、反応槽内に、前記混合溶液とともに、水酸化ナトリウム (和光純薬工業製、試薬特級)を用いて調製した濃度25重量%の水酸化ナトリウム水溶液と錯化剤として濃度25重量%アンモニア水(和光純薬工業製、試薬特級)を同時に添加した。このとき、pHを10〜12.5の範囲、及び反応温度を50〜80℃の範囲に保持した。その後、反応槽内が定常状態になった後に、オーバーフローした沈殿物を採取し、ろ過、水洗後に乾燥させ、ニッケルコバルト複合水酸化物の球状粒子を得た。
次に、ニオブ塩水溶液として、五塩化ニオブを濃度150g/Lの水酸化カリウム水溶液に溶解したニオブ水溶液、及びマンガンとアルミニウム混合水溶液として、硫酸マンガンと硫酸アルミニウムの混合水溶液を準備した。
まず、ニッケルコバルト複合水酸化物を、常温にてニオブ水溶液により1500g/Lの濃度でスラリー化させた後、これに所定量のマンガンとアルミニウム混合水溶液を添加して均一に攪拌しながら、濃度47重量%の硫酸を用いてpHが8〜10になるように調整した。その後、反応槽内の水酸化物スラリーを全量回収し、濾過、水洗後に乾燥させ、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物の乾燥粉末を得た。なお、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、それぞれ0.5、0.5、1at%となるように各水溶液を準備した。
続いて、得られた複合水酸化物30gを5cm×12cm×3cmのマグネシア製の焼成容器に挿入し、密閉式電気炉を用いて、流量3L/minの空気気流中で昇温速度5℃/minで700℃まで昇温し、その温度で10時間焼成した後、室温まで炉内で冷却してニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物の球状粒子を得た。
得られた複合酸化物と市販の水酸化リチウム(FMC社製)とを、複合酸化物中のニッケル、コバルト及び添加元素(M)の全量とリチウムの原子比が1:1.05になるように秤量した後、球状の二次粒子の形骸が維持される程度の強さでシェーカーミキサー装置(WAB社製TURBULA TypeT2C)を用いて十分に混合した。この混合物20gを5cm×12cm×3cmのマグネシア製の焼成容器に挿入し、密閉式電気炉を用いて、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで450℃まで昇温して2時間仮焼成した。次いで、昇温速度0.47℃/minで730℃まで昇温した後、その温度で10時間焼成した後、室温まで炉内で冷却してリチウムニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物の焼成粉末からなる正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
上記[ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物の合成]において、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、それぞれ0.5、0.5、2at%となるように各水溶液を準備したこと、及び上記[正極活物質の合成]において、昇温速度5℃/minで730℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得て、得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
上記[ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物の合成]において、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、それぞれ0.5、0.5、3at%となるように各水溶液を準備したこと、及び上記[正極活物質の合成]において、昇温速度5℃/minで730℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得て、得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
実施例1と同様にして得られた正極活物質を用いて、まず、該正極活物質中に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、さらにマンガン(Mn)を0.5at%分増加させるように含有する硝酸マンガン水溶液中に、該正極活物質を5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。
次いで、得られた乾燥粉末を用いて、上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで500℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は同様に行い正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
実施例1と同様にして得られたニッケルコバルト複合水酸化物を、まず、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、アルミニウム(Al)が3.5at%となるようにアルミニウム(Al)を含有するアルミン酸ナトリウム水溶液中に、常温にて500g/Lの濃度でスラリー化させた後、均一に攪拌しながら濃度47重量%硫酸を用いてpHが8〜10になるよう調整した。その後、反応槽内の水酸化物スラリーを全量回収し、濾過、水洗後に乾燥させ、乾燥粉末を得た。次いで、得られたニッケルコバルトアルミニウム複合水酸化物からなる乾燥粉末を、上記[ニッケルコバルト添加元素(M)複合酸化物の調製]と同様の条件で焼成し、中間焼成物を得た。
さらに、得られた中間焼成物を用いて、まず、正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、マンガン(Mn)が0.5at%となるようにマンガン(Mn)を含有する硝酸マンガン水溶液中に5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。次に、得られた乾燥粉末を用いて、上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで750℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は同様に行い正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、マンガン(Mn)が1at%となるようにマンガン(Mn)を含有する硝酸マンガン水溶液を用いたこと以外は実施例5と同様にして、正極活物質を得て、得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
実施例1と同様にして得られたニッケルコバルト複合水酸化物を、まず、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)がそれぞれ2、1.5at%となるようにアルミニウム(Al)とモリブデン(Mo)を含有するアルミン酸ナトリウムとモリブデン酸ナトリウムの混合水溶液と純水中に、常温にて500g/Lの濃度でスラリー化させた後、均一に攪拌しながら濃度47重量%硫酸を用いてpHが8〜10になるよう調整した。その後、反応槽内の水酸化物スラリーを全量回収し、濾過、水洗後に乾燥させ、乾燥粉末を得た。
次いで、得られたニッケルコバルトアルミニウムモリブデン複合水酸化物からなる乾燥粉末を、上記[正極活物質の合成]と同様の条件で焼成し、正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
実施例5と同様にして得た中間焼成物を用いて、さらに、まず、正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、モリブデン(Mo)が0.5at%となるようにモリブデン(Mo)を含有するモリブデン酸アンモニウム水溶液中に5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。次に、得られたニッケルコバルトアルミニウムモリブデン複合水酸化物からなる乾燥粉末を用いて、上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで750℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は同様に行い正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
実施例1と同様にして得られたニッケルコバルト複合水酸化物を用いて、まず、正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、モリブデン(Mo)が1at%となるようにモリブデン(Mo)を含有するモリブデン酸アンモニウム中に5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。
さらに、得られた乾燥粉末に、正極活物質に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、マンガン(Mn)が0.5at%となるようにマンガン(Mn)を含有する硝酸マンガン水溶液中に5000g/Lの濃度でスラリー化させた後、250℃で10時間真空乾燥し、乾燥粉末を得た。
その後、得られたニッケルコバルトモリブデンマンガン複合水酸化物からなる乾燥粉末を用いて、上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで750℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は同様に行い正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
上記[ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物の合成]において、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、アルミニウム(Al)が3.0at%となるようにアルミニウム(Al)を含有するアルミン酸ナトリウム水溶液を用いたこと、及び上記[正極活物質の合成]において、流量3L/minの酸素気流中で昇温速度5℃/minで750℃まで昇温し、その温度で5時間焼成したこと以外は、実施例1同様に行い、正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、7.0at%となるようにしたこと以外は、比較例1と同様に行い、正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
アルミニウム(Al)が、ニッケルコバルト添加元素(M)複合水酸化物に含有されるニッケル、コバルト及び添加金属(M)の全量に対し、10.0at%となるようにしたこと以外は、比較例1と同様に行い、正極活物質を得た。得られた正極活物質の組成、添加元素(M)の平均価数、粒度分布のD50、粉体充填密度(タップ密度)、充放電容量、及び正極の安全性を上記評価方法により評価した。結果を表1に示す。なお、結晶構造は、六方晶系の層状構造を有する複合酸化物単相であった。
これに対して、比較例1〜3では、添加元素(M)においてこれらの条件に合わないので、熱安定性又は初期放電容量のいずれかにおいて満足すべき結果が得られないことが分かる。
また、電気自動車用の電源においては、電池の大型化による安全性の確保が課題となっていることに加え、より高度な安全性を確保するための高価な保護回路の装着が必要不可欠であるが、本発明の非水系電解質二次電池は、優れた安全性を有しているので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ので電気自動車用電源として好適である。なお、電気自動車用電源とは、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車のみならず、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等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も含むものである。
2 セパレータ(電解液含浸)
3 正極(評価用電極)
4 ガスケット
5 負極缶
6 正極缶
7 集電体
Claims (6)
- リチウム、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)を含有する次の一般式:
Li1+zNi1−x−yCoxMyO2
(式中、x、y、zは、下記の(1)〜(3)に示す要件を満たす。)
で表される複合酸化物からなる非水系電解質二次電池用正極活物質であって、
前記添加元素(M)は、酸素との親和性がニッケルより優れたアルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)又はモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも2種の元素からなり、かつ添加元素(M)の平均価数は、3価を超え、
添加元素(M)が固溶し、X線回折分析で確認される結晶構造が単相であり、粒度分布のD50が8.2μm以上の球状粒子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。
(1) 0.10≦x≦0.21
(2) 0.015≦y≦0.08
(3) −0.05≦z≦0.10 - リチウム化合物を、ニッケル、コバルト及び添加元素(M)の複合酸化物と混合し焼成した後で全ての金属元素が固溶することを特徴とする請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
- 前記粒度分布のD50が8.2〜11μmであることを特徴とする請求項1または2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
- 前記添加元素(M)の平均価数が3.5以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
- タップ密度が2.2〜2.8g/mLであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質を正極に用いてなる非水系電解質二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012250882A JP5510528B2 (ja) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | 非水系電解質二次電池用正極活物質、及びそれを用いた非水系電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012250882A JP5510528B2 (ja) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | 非水系電解質二次電池用正極活物質、及びそれを用いた非水系電解質二次電池 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007016094A Division JP5181482B2 (ja) | 2007-01-26 | 2007-01-26 | 非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013033764A JP2013033764A (ja) | 2013-02-14 |
JP5510528B2 true JP5510528B2 (ja) | 2014-06-04 |
Family
ID=47789430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012250882A Active JP5510528B2 (ja) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | 非水系電解質二次電池用正極活物質、及びそれを用いた非水系電解質二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5510528B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110603668A (zh) * | 2017-05-31 | 2019-12-20 | 松下知识产权经营株式会社 | 二次电池用正极和二次电池 |
CN113845153B (zh) * | 2021-09-17 | 2023-10-10 | 天津市捷威动力工业有限公司 | 一种多元高熵固溶体正极材料以及制备方法和用途 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09231973A (ja) * | 1996-02-27 | 1997-09-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液電池用正極活物質と正極板および非水電解液電池 |
JP3088716B1 (ja) * | 1999-04-30 | 2000-09-18 | 同和鉱業株式会社 | 正極活物質と該正極活物質を用いたリチウム二次電池 |
JP3835266B2 (ja) * | 2001-11-29 | 2006-10-18 | 住友金属鉱山株式会社 | 非水系電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法 |
JP3858699B2 (ja) * | 2002-01-11 | 2006-12-20 | 株式会社豊田中央研究所 | 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およびそれを用いたリチウム二次電池 |
JP3974420B2 (ja) * | 2002-02-18 | 2007-09-12 | Agcセイミケミカル株式会社 | リチウム二次電池用正極活物質の製造方法 |
JP4767484B2 (ja) * | 2002-08-08 | 2011-09-07 | パナソニック株式会社 | 非水電解質二次電池用正極活物質の製造法および正極活物質 |
JP4766840B2 (ja) * | 2004-04-12 | 2011-09-07 | 住友金属鉱山株式会社 | 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 |
JP2006054159A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-23 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 非水系二次電池用正極活物質およびその製造方法 |
JP2006127923A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | リチウム二次電池用の正極活物質及びリチウム二次電池 |
JP5079247B2 (ja) * | 2005-03-23 | 2012-11-21 | パナソニック株式会社 | リチウムイオン二次電池およびその製造法 |
JP5085856B2 (ja) * | 2005-07-07 | 2012-11-28 | パナソニック株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
-
2012
- 2012-11-15 JP JP2012250882A patent/JP5510528B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013033764A (ja) | 2013-02-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5614513B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質及びこれを用いた非水系電解質二次電池 | |
JP4595475B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質およびこれを用いた非水系電解質二次電池およびその製造方法 | |
JP6167822B2 (ja) | 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 | |
JP6578635B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質及びこれを用いた非水系電解質二次電池 | |
JP5076448B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水系電解質二次電池 | |
JP5181482B2 (ja) | 非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法 | |
JP6201277B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法 | |
JP4997693B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質およびこれを用いた非水系電解質二次電池およびその製造方法 | |
WO2014010448A1 (ja) | 非水系電解質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系電解質二次電池 | |
JP4762174B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法、ならびに非水系電解質二次電池 | |
JP5114998B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水系電解質二次電池 | |
JP4984593B2 (ja) | 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 | |
JP7131056B2 (ja) | 非水系電解液二次電池用正極活物質、非水系電解液二次電池 | |
JP2006344567A (ja) | 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 | |
JP5103923B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水系電解質二次電池 | |
JP4655599B2 (ja) | 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 | |
JP6201146B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、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 | |
JP5109447B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水系電解質二次電池 | |
JP2006228604A (ja) | リチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法 | |
JP2009193686A (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法 | |
JP2006147500A (ja) | 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 | |
JP4915227B2 (ja) | 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 | |
JP2016162719A (ja) | 非水系電解液二次電池用正極活物質及びそれを用いた非水系電解液二次電池 | |
JP5141356B2 (ja) | 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 | |
JP5181455B2 (ja) | 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 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121115 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131203 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140129 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140225 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140310 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5510528 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |