JP5877112B2 - 正極活物質及びその製造方法並びに負極及び非水電解質2次電池 - Google Patents
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Description
(1)正極活物質前駆体粒子を焼成して正極活物質を製造する方法であって、前記正極活物質前駆体粒子を、還元性ガスと炭化水素ガスに暴露しながら焼成する工程を具備することを特徴とする正極活物質の製造方法。
(2)正極活物質前駆体粒子を焼成して正極活物質を製造する方法であって、前記正極活物質前駆体粒子に、還元剤を添加する工程と、前記正極活物質前駆体粒子を、炭化水素ガスに暴露しながら焼成することで、還元と炭素被覆を同時に行う工程と、を具備することを特徴とする正極活物質の製造方法。
(3)前記正極活物質前駆体粒子の1次粒子の形状が略球形であり、
前記正極活物質前駆体粒子の1次粒子の粒径が5nm〜200nmの範囲にあることを特徴とする(1)または(2)に記載の製造方法。
(4)前記正極活物質は、Li2M1SiO4(元素M1は、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Zr、Mo、Wの中から選択される1種又は2種以上の元素である。但し、元素M1として複数種類の元素を含む場合も、これらの複数元素の合計量は、その組成式に示すように、その組成比はSiと等しい化学量論的組成比となる。)を含み、前記正極活物質前駆体粒子が、リチウム、元素M1、シリコンを含むことを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の正極活物質の製造方法。
(5)前記正極活物質は、LiM2PO4(元素M2は、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Zr、Mo、Wの中から選択される1種又は2種以上の元素である。但し、元素M2として複数種類の元素を含む場合も、これらの複数元素の合計量は、その組成式に示すように、その組成比はPと等しい化学量論的組成比となる。)を含み、前記正極活物質前駆体粒子が、リチウム、元素M2、リンを含むことを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の正極活物質の製造方法。
(6)焼成温度が、600℃〜750℃であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の正極活物質の製造方法。
(7)前記炭化水素ガスは、メタン、エタン、プロパン、ブタンの中から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の正極活物質の製造方法。
(8)前記還元性ガスは、水素、アセチレン、一酸化炭素、硫化水素、二酸化硫黄、ホルムアルデヒドの中から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の正極活物質の製造方法。
(9)前記還元剤は、ポリビニルアルコール、スクロース、グルコース、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、1,2−プロパンジオ−ル、1,3−プロパンジオ−ル、1,2−ブタンジオ−ル、1,3−ブタンジオ−ル、1,4−ブタンジオ−ル、2−ブテン−1,4−ジオール、2,3−ブタンジオ−ル、ペンタンジオ−ル、ヘキサンジオ−ル、オクタンジオ−ル、グリセロール、1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタン、2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,4−ブタントリオール、トレイトール、エリトリト−ル、ペンタエリスリト−ル、ペンチト−ル、ヘキシト−ル、脂肪族第一アミン、脂肪族第二アミン、脂肪族第三アミン、脂肪族不飽和アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、アルカノールアミン、メタノール、エチルエーテル、エタノール、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン(THF)、リン酸トリメチル、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、ピリジン、ヘキサメチルリン酸トリアミド(HMPA)、エチルアミン、トリエチルアミンの中から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする(2)に記載の正極活物質の製造方法。
(10)Li2M1SiO4とLiM2PO4のいずれか1種又は両方(元素M1,M2は、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Zr、Mo、Wの中から選択される1種又は2種以上の元素である。但し、元素M1、M2としてM1、M2のそれぞれが複数種類の元素を含む場合も、これらの複数元素の合計量は、その組成式に示すように、その組成比はSiあるいはP量と等しい化学量論的組成比となる。)を含み、1次粒子の平均粒径が100nm以下であり、1次粒子の表面全体が炭素によって被覆されることを特徴とする正極活物質。
(11)Li2M1SiO4とLiM2PO4のいずれか1種又は両方(元素M1,M2は、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Zr、Mo、Wの中から選択される1種又は2種以上の元素である。但し、元素M1、M2としてM1、M2のそれぞれが複数種類の元素を含む場合も、これらの複数元素の合計量は、その組成式に示すように、その組成比はSiあるいはP量と等しい化学量論的組成比となる。)を含み、1次粒子の平均粒径が100nm以下であり、4MPaの圧力で圧縮した際の粉体導電率が、1.0×10−3[S/cm]以上であることを特徴とする正極活物質。
(12)Li2M1SiO4を含み、3.5質量%以上の炭素を含有することを特徴とする(11)に記載の正極活物質。
(13)LiM2PO4を含み、0.5質量%以上の炭素を含有することを特徴とする(11)に記載の正極活物質。
(14)(10)〜(13)のいずれかに記載の正極活物質を造粒した造粒体を含み、前記造粒体の粒径が0.5〜20μmであり、前記造粒体の内部に炭素を含有することを特徴とする正極活物質。
(15)集電体と、前記集電体の少なくとも片面に、(10)〜(14)のいずれかに記載の正極活物質を含む正極活物質層と、を有することを特徴とする非水電解質2次電池用正極。
(16)(15)に記載の非水電解質2次電池用正極と、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとを有し、リチウムイオン伝導性を有する電解質中に、前記正極と前記負極と前記セパレータとを設けたことを特徴とする非水電解質2次電池。
正極活物質の製造方法の第1の実施形態は、正極活物質の前駆体粒子を、還元性ガスと炭化水素ガスに暴露しながら焼成する工程を具備することを特徴とする正極活物質の製造方法である。
層状岩塩型酸化物としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、ニッケルマンガン酸リチウム(LiNi1/2Mn1/2O2)、コバルトニッケルマンガン酸リチウム(LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2)などが挙げられる。
スピネル型酸化物としては、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、スピネル型マンガン酸リチウムのマンガンを一部クロムやニッケルなどにより置換した材料などが挙げられる
オリビン構造酸素酸塩としては、ケイ酸鉄リチウム(Li2FeSiO4)などのケイ酸遷移金属リチウム、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)などのリン酸遷移金属リチウムなどが挙げられる。
本発明に係る正極活物質を、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により粒径を測定して1次粒子の平均粒径を求めると、100nm以下である。さらに、粒度分布を求めると、10〜200nmの範囲に存在し、平均粒径が25〜100nmに存在することが好ましい。これらの粒子は、結晶子が複数集まって構成される。また、粒度分布は、10〜150nmの範囲、平均粒径が25〜80nmに存在することがより好ましい。なお、粒度分布が10〜200nmの範囲に存在するとは、得られた粒度分布が10〜200nmの全範囲にわたる必要はなく、得られた粒度分布の下限が10nm以上であり、上限が200nm以下であることを意味する。つまり、得られた粒度分布が10〜100nmであってもよいし、50〜150nmであってもよい。
第1の実施形態によれば、還元と炭素被覆を一度の焼成工程で行うことができる。
正極活物質の製造方法の第2の実施形態は、正極活物質の前駆体粒子に、還元剤を添加する工程と、前記正極活物質前駆体粒子を、炭化水素ガスに暴露しながら焼成する工程とを具備することを特徴とする正極活物質の製造方法である。すなわち、第1の実施形態では、還元性ガスを供給して焼成中に前駆体粒子を還元するが、第2の実施形態では、焼成前に添加した還元剤により焼成中に前駆体粒子を還元する。以下の実施形態で第1の実施形態と同一の様態を果たす要素には同一の番号を付し、重複した説明は避ける。
還元性炭素源としては、ポリビニルアルコール、スクロース、グルコースが上げられる。
アルコール/多価アルコールとしては、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、1,2−プロパンジオ−ル、1,3−プロパンジオ−ル、1,2−ブタンジオ−ル、1,3−ブタンジオ−ル、1,4−ブタンジオ−ル、2−ブテン−1,4−ジオール、2,3−ブタンジオ−ル、ペンタンジオ−ル、ヘキサンジオ−ル、オクタンジオ−ル、グリセロール、1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタン、2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,4−ブタントリオール、トレイトール、エリトリト−ル、ペンタエリスリト−ル、ペンチト−ル、ヘキシト−ルが挙げられる。
アミン系化合物としては、脂肪族第一アミン、脂肪族第二アミン、脂肪族第三アミン、脂肪族不飽和アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、アルカノールアミンが挙げられる。
ドナー数18以上の液体としては、メタノール、エチルエーテル、エタノール、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン(THF)、リン酸トリメチル、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、ピリジン、ヘキサメチルリン酸トリアミド(HMPA)、エチルアミン、トリエチルアミンが挙げられる。
なお、前述のとおり、湿式で混合することが好ましいので、固体の還元剤は、水などの溶液にしてから前駆体粒子9と混合することが好ましい。
第2の実施形態によれば、還元と炭素被覆を一度の焼成工程で行うことができる。
本発明の正極活物質は、粉体材料として得られ、提供される。さらに、正極活物質は、そのままの状態で、または造粒処理してサイズを大きくした造粒体に、分散剤や増粘剤または導電材等を所定割合加えた水系溶媒または有機溶剤のスラリーとしても提供される。また、集電体基材上にこれらスラリーを塗布して正極活物質を皮膜状形成した電極形態としても提供される。そして、本発明における2次電池は、本発明の2次電池用正極を用い、公知の負極やセパレータ、電解液など他の構成材料と共に2次電池として組み立て、提供される。
本発明に係る正極活物質前駆体粒子としては、火炎加水分解法や熱酸化法などの噴霧燃焼法により合成された微粒子混合物を用いることができる。すなわち、本発明にかかる正極活物質を、正極活物質前駆体粒子である微粒子混合物を焼成することにより合成することができる。
噴霧燃焼法は、塩化物などの原料気体を供給する方法や、気化器を通して原料液体または原料溶液を供給する方法により、支燃性ガスと可燃性ガスとともに構成原料を火炎中へ供給し、構成原料を反応させ、目的物質を得る方法である。噴霧燃焼法として、VAD(Vapor−phase Axial Deposition)法などが好適な例として挙げられる。これらの火炎の温度は、可燃性ガスと支燃性ガスの混合比や、さらに構成原料の添加割合によって変化するが、通常1000〜3000℃の間にあり、特に1500〜2500℃程度であることが好ましく、さらに1500〜2000℃程度であることがより好ましい。火炎温度が低温であると、火炎中での反応が完了する前に、微粒子が火炎の外へ出てしまう可能性がある。また、火炎温度が高温であると、生成する微粒子の結晶性が高くなりすぎ、その後の焼成工程において、安定相であるが、正極活物質としては好ましくない相が生成しやすくなってしまう。
本発明の微粒子混合物を得るための構成原料は、リチウム源、遷移金属源、リン源、またはリチウム源、遷移金属源、シリコン源である。原料が固体の場合は、粉末のまま供給するか、液体に分散して、または溶媒に溶かして溶液とし、気化器を通じて、火炎に供給する。原料が液体の場合には、気化器を通じるほかに、供給ノズル前に加熱または減圧およびバブリングによって蒸気圧を高めて気化供給することもできる。特に、構成原料の混合溶液を、直径20μm以下の霧状の液滴にて供給することが好ましい。
後述のように、2種以上の遷移金属をリン酸遷移金属リチウム化合物またはケイ酸遷移金属リチウムに用いる場合は、2種以上の遷移金属の原料を火炎中に供給するようにする。
例えば、酸化チタン、亜チタン酸鉄や亜チタン酸マンガンなどの亜チタン酸金属塩、チタン酸亜鉛やチタン酸マグネシウム、チタン酸バリウムなどのチタン酸塩、酸化バナジウム、メタバナジン酸アンモニウム、酸化クロム、クロム酸塩や二クロム酸塩、酸化マンガン、過マンガン酸塩やマンガン酸塩、コバルト酸塩、酸化ジルコニウム、ジルコン酸塩、酸化モリブデン、モリブデン酸塩、酸化タングステン、タングステン酸塩、ホウ酸や三酸化二ホウ素、メタホウ酸ナトリウムや四ホウ酸ナトリウム、ホウ砂などの各種ホウ酸塩を、それぞれ所望のアニオン源と合成条件に応じて用いることができる。
リン酸遷移金属リチウムの前駆体粒子である微粒子混合物は、主にリチウム、遷移金属、リンの酸化物や、リン酸遷移金属リチウムの非晶質な微粒子からなるが、遷移金属の結晶性酸化物も混合生成している場合が多い。さらに、一部にはリン酸遷移金属リチウム系化合物の結晶成分も含まれる。同様に、ケイ酸遷移金属リチウムの前駆体粒子である微粒子混合物は、主にリチウム、遷移金属、シリコンの酸化物や、ケイ酸遷移金属リチウムの非晶質な微粒子からなるが、遷移金属の結晶性酸化物も混合生成している場合も多く、一部にはケイ酸遷移金属リチウム系化合物の結晶成分も含まれる。
これらの微粒子混合物を構成する微粒子内の元素の空間分布が均一であることが好ましい。特に、微粒子内で遷移金属とリンまたはシリコンの空間分布に偏りがないことが好ましい。また、微粒子混合物の形状が略球形であり、粒子の平均アスペクト比(長径/短径)が、1.5以下、好ましくは1.2以下、より好ましくは1.1以下である。また、微粒子混合物の粒径は5〜200nmの範囲にある。
なお、粒子が略球形であるとは、粒子形状が幾何学的に厳密な球形や楕円球形であることまでは意味せず、わずかな突起部があっても粒子の表面がおおむね滑らかな曲面で構成されていればよい。
正極活物質を用いて正極電極を形成するには、炭素をコーティングしたり担持したりした正極活物質の粉末に、必要に応じてさらにカーボンブラックなどの導電材料を加えると共に、ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデン、ポリイミドなどの結着剤、またはブタジエンゴムなどの分散剤、またはカルボキシメチルセルロースほかセルロース誘導体などの増粘剤を加えた混合物を、水系溶媒か有機溶媒中に加えてスラリーとしたものを、アルミニウムを95重量%以上含むアルミニウム合金箔などの集電体上に、片面ないしは両面に塗布し、焼成して溶媒を揮発乾固する。これにより、本発明の正極が得られる。
本発明の正極を用いた高容量な2次電池を得るには、従来公知の負極活物質材料を用いた負極や電解液、セパレータ、電池ケース等の各種材料を、特に制限なく使用することができる。本発明の非水電解質2次電池は、正極と負極との間にセパレータを配置して、電池素子を形成している。このような電池素子を巻回、または積層して円筒形や角形の電池ケースに入れた後、電解質を注入した非水電解質2次電池である。
本発明によれば、正極活物質前駆体を還元しながら炭素で被覆することができる。また、本発明によれば、正極活物質の表面の全体を均一に被覆することができる。そのため、粒子の全体の正極活物質がリチウムイオンとの充放電反応に参加可能であり、同じ正極活物質を用いた場合でも正極全体としての容量が増加する。
なお、以下の実施例では、ケイ酸鉄リチウムやケイ酸鉄マンガンリチウムなどの合成を行ったが、その他の遷移金属を用いる場合や、その他のアニオンを組成材料に加える場合でも同様に、合成、提供できる。
(微粒子混合物の作製)
噴霧燃焼法により微粒子混合物を製造する製造装置を図3に示す。図3に示す微粒子製造装置21の反応容器は、容器内に微粒子合成ノズル23が配置され、プロパンガス(C3H8)、空気(Air)、及び原料溶液22がノズル23から生じる火炎中に供給される。他方に、生成微粒子や反応生成物を排気する排気管29を有し、排気中の微粒子混合物27を微粒子回収フィルタ25により回収する。ノズルに供給する原料の種類と供給条件は以下とした。また、原料溶液は、液滴の大きさが20μmとなるよう、二流体ノズルを用いて火炎中に供給した。火炎の温度は約2000℃であった。
可燃性ガス:プロパン(C3H8):1dm3/min
支燃性ガス:空気:5dm3/min
リチウム源:ナフテン酸リチウム(4M溶液):0.2dm3/min
鉄源:C16H30FeO4(2−エチルヘキサン鉄(II)、オクチル酸鉄)(1M溶液):0.1dm3/min
シリコン源:オクタメチルシクロテトラシロキサン:0.1dm3/min
次に、微粒子混合物aに、還元剤としてポリビニルアルコールを微粒子混合物に対して10wt%加えて混合した後、乾燥させた。
その後、ブタンを流通させながら、650℃で4時間の加熱処理を行って、焼成を行った。焼成と同時に微粒子混合物の還元と、正極活物質へのカーボンコートまたは炭素担持が実施され、活物質凝集体を得た。この活物質凝集体に粉砕処理を行い、正極活物質Aを得た。
(微粒子混合物の作製)
また、実施例1と同様に、噴霧燃焼法にて、プロパンガスによる火炎中へ、プロパンガス、空気、及び下記の所定濃度の原料溶液を供給し、熱酸化させることにより微粒子混合物bを合成して収集した。
リチウム源:LiCl(塩化リチウム、4M水溶液):0.2dm3/min
鉄源:FeCl2・4H2O(塩化第一鉄、1M水溶液):0.075dm3/min
マンガン源:MnCl2・4H2O(塩化マンガン、1M水溶液):0.025dm3/min
シリコン源:SiCl4(四塩化ケイ素):0.1dm3/min
微粒子混合物bを、実施例1と同様の方法で処理し、活物質凝集体を得た。この活物質凝集体に粉砕処理を行い、正極活物質Bを得た。後述するXRDや透過型電子顕微鏡などの結果より、実施例2に係る正極活物質Bは、1次粒子の平均粒径、炭素の被覆状態、微結晶状態の点で、実施例1に係る正極活物質Aとほぼ同様の粒子が得られていることを確認した。
(微粒子混合物の作製)
また、実施例1と同様に、噴霧燃焼法にて、プロパンガスによる火炎中へ、プロパンガス、空気、及び下記の所定濃度の原料溶液を供給し、熱酸化させることにより微粒子混合物cを合成して収集した。
リチウム源:LiCl(塩化リチウム、4M水溶液):0.2dm3/min
鉄源:FeCl2・4H2O(塩化第一鉄、1M水溶液):0.05dm3/min
マンガン源:MnCl2・4H2O(塩化マンガン、1M水溶液):0.05dm3/min
シリコン源:SiCl4(四塩化ケイ素):0.1dm3/min、
微粒子混合物cを、実施例1と同様の方法で処理し、活物質凝集体を得た。この活物質凝集体に粉砕処理を行い、正極活物質Cを得た。後述するXRDや透過型電子顕微鏡などの結果より、実施例3に係る正極活物質Cは、1次粒子の平均粒径、炭素の被覆状態、微結晶状態の点で、実施例1に係る正極活物質Aとほぼ同様の粒子が得られていることを確認した。
(微粒子混合物の作製)
実施例1と同様に、噴霧燃焼法にて、プロパンガスによる火炎中へ、プロパンガス、空気、及び下記の所定濃度の原料溶液を供給し、熱酸化させることにより微粒子混合物dを合成して収集した。
リチウム源:ナフテン酸リチウム(4M溶液):0.025dm3/min
鉄源:C16H30FeO4(2−エチルヘキサン鉄II)(1M溶液):0.1dm3/min
リン源:ホスホノ酢酸トリエチル(1M溶液):0.1dm3/min
微粒子混合物dを、実施例1と同様の方法で処理し、活物質凝集体を得た。この活物質凝集体に粉砕処理を行い、正極活物質Dを得た。後述するXRDや透過型電子顕微鏡などの結果より、実施例4に係る正極活物質Dは、1次粒子の平均粒径、炭素の被覆状態、微結晶状態の点で、実施例1に係る正極活物質Aとほぼ同様の粒子が得られていることを確認した。
(正極活物質の作製)
実施例1と同様の方法で作製した微粒子混合物aに、還元剤としてポリビニルアルコールを微粒子混合物に対して10wt%加えて混合した後、乾燥させた。
その後、N2ガス充填の密閉容器で、650℃で4時間の加熱処理を行って、焼成を行った。焼成と同時に微粒子混合物の還元と、正極活物質へのカーボンコートまたは炭素担持が実施され、活物質凝集体を得た。この活物質凝集体に粉砕処理を行い、正極活物質Xを得た。比較例1では、焼成時にブタンを流通させていない。
実施例2、3と同様の方法で作製した微粒子混合物b、cを用いて、比較例1と同様の方法で、正極活物質Y、Zを得た。
(3−1)(粉体導電率の評価)
粉体状態における電子伝導性を評価するため、三菱化学製の粉体抵抗測定システムMCP−PD51型を用いて粉体導電率の評価を行った。粉体導電率は、4MPaの圧力で圧縮したサンプル粉体を測定した抵抗値から求めた。
実施例1と比較例1の正極活物質について、TEMにより観察を行った。TEM像観察結果を図5、図6に示す。
正極活物質に対して、導電助剤(カーボンブラック)を30重量%となるように混合し、混合粉末と結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)を、重量比90:10の割合で混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加えて十分混練し、正極スラリーを得た。
次に、前記のコイン型リチウム2次電池により、正極活物質の試験評価を、次のように実施した。
試験温度60℃、0.1Cの電流レートにて、CC−CV法により、4.5V(対Li/Li+)まで充電を行い、その後電流レートが0.01Cまで低下した後に充電を停止した。その後、0.1Cレートにて、CC法により1.5V(前記に同じ)まで放電を行って、初期の充放電容量を測定した。
3………炭化水素ガス
5………還元性ガス
7………反応管
9………前駆体粒子
11………管状炉
13………焼成装置
15………還元剤含む前駆体粒子
21………微粒子製造装置
22………原料溶液
23………微粒子合成ノズル
25………微粒子回収フィルタ
27………微粒子混合物
29………排気管
31………非水電解質2次電池
33………正極
35………負極
37………セパレータ
39………電解質
41………電池缶
43………正極リード
45………負極リード
47………正極端子
49………封口体
Claims (14)
- リチウム、元素M 1 、シリコンを含む正極活物質前駆体粒子を焼成してLi 2 M 1 SiO 4 (元素M 1 は、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Zr、Mo、Wの中から選択される1種又は2種以上の元素である。但し、元素M 1 として複数種類の元素を含む場合も、これらの複数元素の合計量は、組成式に示すように、その組成比はSiと等しい化学量論的組成比となる。)を含む正極活物質を製造する方法であって、
前記正極活物質前駆体粒子を、還元性ガスと、還元性ガスと異なる組成の炭化水素ガスに暴露しながら焼成する工程を具備することを特徴とする正極活物質の製造方法。 - リチウム、元素M 1 、シリコンを含む正極活物質前駆体粒子を焼成してLi 2 M 1 SiO 4 (元素M 1 は、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Zr、Mo、Wの中から選択される1種又は2種以上の元素である。但し、元素M 1 として複数種類の元素を含む場合も、これらの複数元素の合計量は、組成式に示すように、その組成比はSiと等しい化学量論的組成比となる。)を含む正極活物質を製造する方法であって、
前記正極活物質前駆体粒子に、還元剤を添加する工程と、
前記正極活物質前駆体粒子を、炭化水素ガスに暴露しながら焼成することで、還元と炭素被覆を同時に行う工程と、
を具備することを特徴とする正極活物質の製造方法。 - 前記正極活物質前駆体粒子の1次粒子の形状が略球形であり、
前記正極活物質前駆体粒子の1次粒子の粒径が5nm〜200nmの範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。 - 焼成温度が、600℃〜750℃であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の正極活物質の製造方法。
- 前記炭化水素ガスは、メタン、エタン、プロパン、ブタンの中から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の正極活物質の製造方法。
- 前記還元性ガスは、水素、アセチレン、一酸化炭素、硫化水素、二酸化硫黄、ホルムアルデヒドの中から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の正極活物質の製造方法。
- 前記還元剤は、ポリビニルアルコール、スクロース、グルコース、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、1,2−プロパンジオ−ル、1,3−プロパンジオ−ル、1,2−ブタンジオ−ル、1,3−ブタンジオ−ル、1,4−ブタンジオ−ル、2−ブテン−1,4−ジオール、2,3−ブタンジオ−ル、ペンタンジオ−ル、ヘキサンジオ−ル、オクタンジオ−ル、グリセロール、1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタン、2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,4−ブタントリオール、トレイトール、エリトリト−ル、ペンタエリスリト−ル、ペンチト−ル、ヘキシト−ル、脂肪族第一アミン、脂肪族第二アミン、脂肪族第三アミン、脂肪族不飽和アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、アルカノールアミン、メタノール、エチルエーテル、エタノール、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン(THF)、リン酸トリメチル、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、ピリジン、ヘキサメチルリン酸トリアミド(HMPA)、エチルアミン、トリエチルアミンの中から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項2に記載の正極活物質の製造方法。
- Li 2 M 1 SiO 4 (元素M 1 は、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Ni、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Zr、Mo、Wの中から選択される1種又は2種以上の元素である。但し、元素M 1 としてM 1 が複数種類の元素を含む場合も、これらの複数元素の合計量は、その組成式に示すように、その組成比はSiあるいはP量と等しい化学量論的組成比となる。)を含み、
1次粒子の平均粒径が100nm以下であり、
1次粒子の表面全体が炭素によって被覆され
4MPaの圧力で圧縮した際の粉体導電率が、1.0×10 −3 [S/cm]以上であることを特徴とする正極活物質。 - さらに、3.5質量%以上の炭素を含有することを特徴とする請求項8に記載の正極活物質。
- 請求項8または9に記載の正極活物質を造粒した造粒体を含み、
前記造粒体の粒径が0.5〜20μmであり、
前記造粒体の内部に炭素を含有することを特徴とする正極活物質。 - 集電体と、
前記集電体の少なくとも片面に、請求項8〜10のいずれか1項に記載の正極活物質を含む正極活物質層と、
を有することを特徴とする非水電解質2次電池用正極。 - 請求項11に記載の非水電解質2次電池用正極と、
リチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとを有し、
リチウムイオン伝導性を有する電解質中に、前記正極と前記負極と前記セパレータとを設けたことを特徴とする非水電解質2次電池。 - 集電体と、
前記集電体の少なくとも片面に、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法により製造された正極活物質を含む正極活物質層と、
を有することを特徴とする非水電解質2次電池用正極の製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法により製造された非水電解質2次電池用正極と、
リチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとを有し、
リチウムイオン伝導性を有する電解質中に、前記正極と前記負極と前記セパレータとを設けたことを特徴とする非水電解質2次電池の製造方法。
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