JP6095626B2 - High density and high voltage stable cathode materials for secondary batteries - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池のための高密度および高電圧安定性のカソード材料に関する。   The present invention relates to high density and high voltage stable cathode materials for secondary batteries.

LiCoO2は最近まで、主要なカソード材料として選択されていた。これは比較的高い電気容量、高い充填密度、および良好な電気化学的性能と、比較的製造が簡単であることとが組み合わされたものである。しかし近年、携帯可能な適用のためのリチウム二次電池においては2つの主要なトレンドが観察されている。リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト酸化物(LMNCO)は、ミドルエンドユースおよびローエンドユース、たとえば2.2〜2.6Ah円筒型電池においてLiCoO2に取って代わってきており、かつ高電圧安定性および高密度に設計された特殊なLiCoO2が、「ハイエンド」ユース、たとえばラップトップにおいて使用される、3.0Ah円筒型電池において使用されている。 Until recently, LiCoO 2 was selected as the primary cathode material. This combines a relatively high capacitance, a high packing density, and good electrochemical performance with a relatively simple manufacturing. In recent years, however, two major trends have been observed in lithium secondary batteries for portable applications. Lithium, nickel, manganese, cobalt oxide (LMNCO) has replaced LiCoO 2 in middle-end and low-end uses, eg 2.2-2.6 Ah cylindrical batteries, and has high voltage stability and high A special LiCoO 2 engineered for density is used in “high-end” uses, such as 3.0 Ah cylindrical batteries used in laptops.

ミドルエンドユースおよびローエンドユースにおける置換の典型的な例は、2.2〜2.4Ah円筒型電池であり、これはLiNi0.5Mn0.3Co0.22、またはLiCoO2とLiNi0.5Mn0.3Co0.22との混合物のようなカソード材料を使用するものである。LMNCO材料は、金属のコストを考慮するとはるかに安価である(NiおよびMnは、Coよりもはるかに安価である)が、しかし大規模で製造することがより困難である。LiNi0.5Mn0.3Co0.22は、LiCoO2と同様の体積エネルギー密度(mAh/cm3で表される)を有しているが、しかしLiCoO2と同様の低い多孔性を有する電極を得ることが困難である。従って、実質的に達成可能な体積エネルギー密度(つまり固定された電池設計の固定された体積において達成される容量)は、依然として若干低いままである。 A typical example of replacement in middle-end use and low-end use is a 2.2-2.4 Ah cylindrical battery, which is LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , or LiCoO 2 and LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O. Cathode material such as a mixture with 2 is used. LMNCO materials are much cheaper considering the cost of the metal (Ni and Mn are much cheaper than Co), but are more difficult to manufacture on a large scale. LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 is has a volumetric energy density similar to that of LiCoO 2 (represented by mAh / cm 3), but to obtain an electrode having a similar low porosity and LiCoO 2 Is difficult. Therefore, the substantially achievable volumetric energy density (ie, the capacity achieved in a fixed volume of a fixed battery design) remains a little low.

もう1つのトレンドは、特殊な「ハイエンド」LiCoO2の導入であり、これは高い密度を有しており、かつより高い充電電圧、一般にコイン電池に装着した場合には4.5Vあるいは4.6V対Li金属、および完全型電池(full cell)に装着した場合には4.35Vおよび4.4V対グラファイトが可能であり、より要求のハイエンドユースにおいてその強力な地位を確立している。これは、次の2つの主要な理由による:(1)高い充填密度、これにより厚く、多孔度の低い電極を製造することができる、および(2)特殊な「ハイエンド」LiCoO2ベースのカソードは、より高い電圧での充電およびサイクルが可能となり、このことにより平均的な電池電圧が増大し、かつ可逆容量およびレート容量もまた顕著に増大する。従って、高いレート容量を有し、かつ高電圧で実際の電池において安定してサイクルさせることができる、高容量LiCoO2ベースのカソードに対する需要は明らかに存在する。 Another trend is the introduction of special “high-end” LiCoO 2 , which has a higher density and higher charging voltage, typically 4.5V or 4.6V when mounted on a coin cell. When mounted on Li metal and full cells, 4.35V and 4.4V vs. graphite are possible, establishing its strong position in more demanding high-end uses. This is due to two main reasons: (1) high packing density, thereby making it possible to produce thicker, less porous electrodes, and (2) special “high-end” LiCoO 2 based cathodes Higher voltage charging and cycling is possible, which increases the average battery voltage and also significantly increases the reversible and rate capacities. Thus, there is clearly a need for a high capacity LiCoO 2 based cathode that has a high rate capacity and can be stably cycled in a real battery at a high voltage.

従来技術において、いくつかのアプローチが提案されてきている。高い電圧安定性を達成するために、ハイエンドLiCoO2材料は通常、(たとえばAl23により)被覆されているか、またはその他の方法により(たとえばフッ素化表面を提供することにより)化学的に変性されている。問題は、被覆された密度の高いLiCoO2はしばしば可逆容量が低いため、高電圧充電によるエネルギー密度の取得の一部が、低い固有容量によって消費されることである。この効果は酸化アルミニウム保護被覆およびLiF保護被覆において観察することができるが、しかし同様の効果はその他の被覆アプローチ(ZrO2、AlPO3、……)に関しても観察される。 Several approaches have been proposed in the prior art. In order to achieve high voltage stability, the high-end LiCoO 2 material is usually coated (eg with Al 2 O 3 ) or otherwise chemically modified (eg by providing a fluorinated surface) Has been. The problem is that the coated high density LiCoO 2 often has a low reversible capacity, so that part of the energy density acquisition by high voltage charging is consumed by the low specific capacity. This effect can be observed in aluminum oxide and LiF protective coatings, but similar effects are observed for other coating approaches (ZrO 2 , AlPO 3 ,...).

文献をさらに研究してみると、高電圧安定性を達成するためには被覆は全く必要ないかもしれないことがわかる。たとえば非特許文献1は、製造したばかりのLiCoO2は、Li金属アノードを有するコイン電池中で試験すると、4.5Vで安定したサイクルを示すことを教示している。このようなアプローチは、コイン電池では正しいかもしれないが、しかしこの効果は、実際に市販されている電池で再現することはできない。これらの結果は、目下、この刊行から数年後に、特殊な処理を行った、そして純粋ではないLiCoO2が高電圧適用のために市販されているという事実によって確認される。 Further investigation of the literature shows that no coating may be required to achieve high voltage stability. For example, Non-Patent Document 1 teaches that freshly manufactured LiCoO 2 exhibits a stable cycle at 4.5 V when tested in a coin cell with a Li metal anode. Such an approach may be correct with coin batteries, but this effect cannot be reproduced with batteries that are actually on the market. These results are now confirmed by the fact that a few years after this publication, special treatments have been performed and impure LiCoO 2 is commercially available for high voltage applications.

Chen&Dahn(Electrochem.Solid−State Lett.第7巻、1号、第A11〜A14頁(2004))Chen & Dahn (Electrochem. Solid-State Lett. Vol. 7, No. 1, pages A11-A14 (2004))

現在、高電圧性能につながるその他の戦略は知られていない。本願発明の目的は、ハイエンドユース用二次電池のための、高密度および高電圧性能を有し、高いレート容量を有する新規のカソード材料を提供することである。   There are currently no known other strategies that lead to high voltage performance. The object of the present invention is to provide a novel cathode material with high density and high voltage performance and high rate capacity for secondary batteries for high end use.

第一の側面から見ると、本発明は再充電可能な電池におけるカソード材料として使用するためのリチウム金属酸化物粉末であって、該粉末は、25℃において63.7MPaで圧縮した場合に10-5S/cm未満の導電性を有しており、かつ該粉末は、25℃においてC/10の放電レートで、3.0〜4.5Vvs.Li+/Liでサイクルが行われるカソード中の活物質として使用した場合に、少なくとも180mAh/gの可逆電極容量を有している、リチウム金属酸化物粉末を提供することができる。特定の実施態様では導電性は10-6S/cm未満、あるいは10-7S/cm未満である。その他の実施態様では、粉末は、25℃においてC/5の放電レートで少なくとも180mAh/g、あるいは25℃において1Cの放電レートで少なくとも180mAh/gの可逆電極容量を有している。1つの実施態様では、リチウム金属酸化物粉末は、少なくとも50モル%のCo、または少なくとも70モル%のCo、または少なくとも90モル%のCoを含有している。 Viewed from a first aspect, the present invention is a lithium metal oxide powder for use as a cathode material in a rechargeable battery, the powder being 10 when compressed at 25 ° C. and 63.7 MPa. The powder has a conductivity of less than 5 S / cm, and the powder has a discharge rate of C / 10 at 25 ° C., 3.0 to 4.5 Vvs. Lithium metal oxide powders having a reversible electrode capacity of at least 180 mAh / g when used as an active material in a cathode cycled with Li + / Li can be provided. In certain embodiments, the conductivity is less than 10 −6 S / cm, alternatively less than 10 −7 S / cm. In other embodiments, the powder has a reversible electrode capacity of at least 180 mAh / g at a C / 5 discharge rate at 25 ° C., or at least 180 mAh / g at a discharge rate of 1 C at 25 ° C. In one embodiment, the lithium metal oxide powder contains at least 50 mol% Co, or at least 70 mol% Co, or at least 90 mol% Co.

もう1つの実施態様では、リチウム金属酸化物粉末は、少なくとも3.5g/cm3の圧縮密度を有している。他の実施態様では、圧縮密度は少なくとも3.7g/cm3であり、または少なくとも3.8g/cm3である。圧縮密度は、得られたままの粉末に1.58トン/cm2を適用することによって測定するものである。 In another embodiment, the lithium metal oxide powder has a compression density of at least 3.5 g / cm 3 . In another embodiment, the pressed density is at least 3.7 g / cm 3, or at least 3.8 g / cm 3. The compression density is measured by applying 1.58 ton / cm 2 to the as-obtained powder.

導電度の測定は、63.7MPaの圧力を適用して行われる。詳細な説明および特許請求の範囲では、63MPaという値も、実際には63.7MPaの圧力が適用される場合に、およその数値として言及されている。   The conductivity is measured by applying a pressure of 63.7 MPa. In the detailed description and claims, a value of 63 MPa is also mentioned as an approximate numerical value when a pressure of 63.7 MPa is actually applied.

第二の側面から見ると、本発明は、再充電可能な電池におけるカソード材料として使用するためのリチウム金属酸化物粉末であって、該粉末は、25℃において63.7MPaで圧縮した場合に10-5S/cm未満の導電性を有しており、かつ該粉末は、25℃において0.5Cの放電レートで、3.0〜4.6Vvs.Li+/Liでサイクルが行われるカソード中の活物質として使用した場合に、少なくとも200mAh/gの可逆電極容量および60%を下回る、エネルギー損失率を有している、リチウム金属酸化物粉末を提供することができる。特定の実施態様では、導電性は10-6S/cm未満、あるいは10-7S/cm未満である。特定の実施態様では、粉末は、25℃において0.5Cの放電レートで3.0〜4.6Vvs.Li+/Liでサイクルされるカソードにおける活物質として使用する場合に、40%を下回る、または30%を下回るエネルギー損失率を有している。別の実施態様では、粉末は25℃において1Cの放電レートで少なくとも200mAh/gの可逆電極容量と、同じエネルギー損失率とを有している。1つの実施態様では、リチウム金属酸化物粉末は、少なくとも50モル%のCo、または少なくとも70モル%のCo、あるいはまた少なくとも90モル%のCoを含有している。 Viewed from a second aspect, the present invention is a lithium metal oxide powder for use as a cathode material in a rechargeable battery, said powder being compressed at 25 ° C. at 63.7 MPa. -5 having a conductivity of less than 5 S / cm, and the powder has a discharge rate of 0.5 C at 25 ° C and 3.0 to 4.6 V vs. Provided is a lithium metal oxide powder having a reversible electrode capacity of at least 200 mAh / g and an energy loss rate of less than 60% when used as an active material in a cathode cycled with Li + / Li can do. In certain embodiments, the conductivity is less than 10 −6 S / cm, alternatively less than 10 −7 S / cm. In certain embodiments, the powder is 3.0-4.6 Vvs. At a discharge rate of 0.5 C at 25 ° C. When used as an active material in cathodes cycled with Li + / Li, it has an energy loss rate below 40% or below 30%. In another embodiment, the powder has a reversible electrode capacity of at least 200 mAh / g and the same energy loss rate at a discharge rate of 1 C at 25 ° C. In one embodiment, the lithium metal oxide powder contains at least 50 mol% Co, or at least 70 mol% Co, or alternatively at least 90 mol% Co.

上記の2つの実施態様のリチウム金属酸化物粉末は、コアとシェルとからなっていてもよく、その場合、1×10-6S/cm未満、および有利には1×10-7S/cm未満、あるいはまた1×10-8S/cm未満の導電性を有しており、かつリチウム金属酸化物粉末のシェルの導電性は、コアの導電性よりも低い。1つの実施態様では、リチウム金属酸化物粉末中の金属の少なくとも98モル%は、元素のLi、Mn、NiおよびCoからなるか、または元素のLi、Mn、Fe、Ni、CoおよびTiからなるかのいずれかである。別の実施態様では、シェルおよびコアの両方における金属の少なくとも98モル%が、元素のLi、Mn、NiおよびCoからなるか、または元素のLi、Mn、Fe、Ni、CoおよびTiからなるかのいずれかである。 The lithium metal oxide powders of the two embodiments described above may consist of a core and a shell, in which case less than 1 × 10 −6 S / cm and preferably 1 × 10 −7 S / cm. Less than or alternatively less than 1 × 10 −8 S / cm, and the conductivity of the shell of the lithium metal oxide powder is lower than the conductivity of the core. In one embodiment, at least 98 mol% of the metal in the lithium metal oxide powder consists of the elements Li, Mn, Ni and Co, or consists of the elements Li, Mn, Fe, Ni, Co and Ti. Either. In another embodiment, at least 98 mol% of the metal in both the shell and the core consists of the elements Li, Mn, Ni and Co, or consists of the elements Li, Mn, Fe, Ni, Co and Ti. One of them.

2つの実施態様のリチウム金属酸化物粉末は、一般式xLiCoO2・(1−x)MOy [式中、0.1<x<1、0.5<y≦2であり、かつMはLiおよびM′からなり、M′=NiaMnbTicであり、0≦c≦0.1、a>b、およびa+b+c=1である]を有していてもよい。1つの実施態様では0.9<x<1であり、これにより均一に焼結された材料を得ることが容易になり、しかも低導電性の末端製品が得られる。 The lithium metal oxide powders of the two embodiments have the general formula xLiCoO 2. (1-x) MO y , where 0.1 <x <1, 0.5 <y ≦ 2, and M is Li And M ′, M ′ = Ni a Mn b Ti c , 0 ≦ c ≦ 0.1, a> b, and a + b + c = 1]. In one embodiment, 0.9 <x <1, which facilitates obtaining a uniformly sintered material and results in a low conductivity end product.

第三の観点から見ると、本発明は、再充電可能な電池におけるカソード材料として使用するためのリチウム金属酸化物粉末であって、粉末は、25℃において63.7MPaで圧縮した場合に、10-5S/cm未満、および有利には10-6S/cm未満の導電性を有しており、かつ粉末は、少なくとも90%、有利には少なくとも95%の10Cレート性能(0.1Cレートに対して10Cレートで測定した放電容量、%で記載)、および3.0〜4.4Vvs.Li+/Liでサイクルが行われるカソードにおける活物質として使用した場合に、10%を下回る、および有利には7%を下回るエネルギー損失率を有する、リチウム金属酸化物粉末を提供することができる。1つの実施態様では、リチウム金属酸化物粉末は、25℃において63.7MPaで圧縮した場合に、10-5S/cm未満の導電性、および有利には10-6S/cm未満、または10-7S/cm未満の導電性を有していてよく、かつ粉末は、少なくとも85%、有利には少なくとも90%の20Cレート性能(0.1Cレートに対して20Cレートで測定した放電容量、%で記載)を有し、かつ3.0〜4.4Vvs.Li+/Liでサイクルが行われるカソード中の活物質として使用した場合に、10%を下回る、および有利には7%を下回るエネルギー損失率を示す。この粉末は、3.0〜4.4Vvs.Li+/Liの20Cレートでのサイクルでは、3.7Vを上回る、有利には3.75V、および最も有利には3.77Vを上回る平均放電電圧を有していてもよい。1つの実施態様では、粉末は、一般式xLiCoO2・(1−x)Myz [式中、0.1<x<1、0.5<z/y≦2であり、かつMはLiおよびM′からなり、その際、M′=NiaMnbCocTidMgeであり、a+b+c+d+e=1、a+b>0.5、およびc≧0、d≧0、e≧0である]を有していてもよい。1つの実施態様では、0.9<x<1であり、これにより均一に焼結された材料を得ることが容易になり、しかも低導電性の末端製品が得られる。 Viewed from a third aspect, the present invention is a lithium metal oxide powder for use as a cathode material in a rechargeable battery, wherein the powder is 10 when compressed at 25 ° C. at 63.7 MPa. Less than −5 S / cm, and preferably less than 10 −6 S / cm, and the powder has a 10C rate performance (0.1C rate) of at least 90%, preferably at least 95%. Discharge capacity measured at 10C rate, expressed in%), and 3.0 to 4.4 Vvs. Lithium metal oxide powders can be provided having an energy loss rate of less than 10% and advantageously less than 7% when used as an active material in a cathode cycled with Li + / Li. In one embodiment, the lithium metal oxide powder has a conductivity of less than 10 −5 S / cm, and advantageously less than 10 −6 S / cm, or 10 when compressed at 63.7 MPa at 25 ° C. -7 may have a conductivity of less than 7 S / cm and the powder has a 20C rate performance (discharge capacity measured at 20C rate versus 0.1C rate, preferably at least 85%, preferably at least 90%) %) And 3.0-4.4 Vvs. When used as an active material in a cathode cycled with Li + / Li, it exhibits an energy loss rate of less than 10% and advantageously less than 7%. This powder is 3.0-4.4 Vvs. A cycle at the Li + / Li 20C rate may have an average discharge voltage of greater than 3.7V, preferably greater than 3.75V, and most advantageously greater than 3.77V. In one embodiment, the powder has the general formula xLiCoO 2. (1-x) M y O z , where 0.1 <x <1, 0.5 <z / y ≦ 2, and M is 'consists, where, M' li and M is = Ni a Mn b Co c Ti d Mg e, is a + b + c + d + e = 1, a + b> 0.5, and c ≧ 0, d ≧ 0, e ≧ 0 ] May be included. In one embodiment, 0.9 <x <1, which facilitates obtaining a uniformly sintered material and results in a low conductivity end product.

第四の観点から見ると、本発明は、リチウム金属酸化物粉末を製造する方法であって、以下の工程:
LiCoO2粉末と、
Li−Ni−Mn−Co酸化物、または
Ni−Mn−Co含有粉末、およびLi含有化合物、有利には炭酸リチウム
のいずれかとの混合物であって、90質量%以上、および有利には少なくとも95質量%のLiCoO2粉末を含有している混合物を準備する工程、および
該混合物を少なくとも910℃、および有利には少なくとも950℃の温度Tで1〜48時間の時間tにわたって焼結する工程を有し、この場合、混合物中のLi含有化合物の量は、25℃において63.7MPaで圧縮した場合に、10-5S/cm未満、有利には10-6S/cm未満、および最も有利には10-7S/cmの導電性を有する絶縁性のリチウム金属酸化物粉末が得られるように選択する製造方法を提供することができる。
Viewed from a fourth aspect, the present invention is a method for producing a lithium metal oxide powder comprising the following steps:
LiCoO 2 powder;
Mixture with any of Li-Ni-Mn-Co oxide or Ni-Mn-Co containing powder and Li containing compound, preferably lithium carbonate, greater than 90% by weight and preferably at least 95% by weight Preparing a mixture containing 1% LiCoO 2 powder, and sintering the mixture at a temperature T of at least 910 ° C., and preferably at least 950 ° C., for a time t of 1 to 48 hours. In this case, the amount of Li-containing compound in the mixture is less than 10 −5 S / cm, preferably less than 10 −6 S / cm, and most preferably when compressed at 63.7 MPa at 25 ° C. It is possible to provide a production method of selecting so as to obtain an insulating lithium metal oxide powder having a conductivity of 10 −7 S / cm.

1つの実施態様では、LiCoO2粉末はさらにAl、MgおよびTiのいずれか1種もしくは複数種を含有しており、かつドープされたCo前駆体、たとえばAl、MgおよびTiのいずれか1種もしくは複数種によりドープされたCo(OH)2またはCo34、およびLi前駆体、たとえばLi2CO3を含有する。Al、MgおよびTiの1もしくは複数の含有率は、0.1〜1モル%であるか、または0.25〜1モル%である。 In one embodiment, the LiCoO 2 powder further contains one or more of Al, Mg and Ti, and a doped Co precursor, such as any one of Al, Mg and Ti or Contains Co (OH) 2 or Co 3 O 4 doped with multiple species, and a Li precursor, such as Li 2 CO 3 . The content of one or more of Al, Mg and Ti is 0.1 to 1 mol%, or 0.25 to 1 mol%.

もう1つの実施態様では、混合物は、この純粋なLiCoO2粉末またはドープされたLiCoO2粉末と、Ni−Mn−Co水酸化物、Ni−Mn−Coオキシ水酸化物、Ni−Mn−Co炭酸塩、およびNi−Mn−Coオキシ炭酸塩のいずれか1種もしくは複数種とからなっている。 In another embodiment, the mixture comprises the pure LiCoO 2 powder or doped LiCoO 2 powder, and Ni—Mn—Co hydroxide, Ni—Mn—Co oxyhydroxide, Ni—Mn—Co carbonate. It consists of any one or more of a salt and Ni-Mn-Co oxycarbonate.

この方法のもう1つの実施態様では、Li含有化合物、たとえば炭酸リチウムの量は、Li/Mの比率が0.1モル/モル未満となるように選択され、この場合、Li/Mモル比は、LiCoO2およびMOOH(M=Ni、MnおよびCo)全体の遷移金属含有率対Liの添加(Li含有化合物による)に関するものであり、これは最終的に得られたリチウム金属酸化物粉末中の遷移金属の含有量に相応する。これは0.05モル/モル未満、あるいは0.02モル/モル未満であってもよい。もう1つの実施態様では、Li/Mの比率はゼロである。 In another embodiment of the method, the amount of Li-containing compound, such as lithium carbonate, is selected such that the Li / M ratio is less than 0.1 mol / mol, where the Li / M molar ratio is , LiCoO 2 and MOOH (M = Ni, Mn and Co) overall transition metal content versus Li addition (depending on Li-containing compound), which in the finally obtained lithium metal oxide powder Corresponds to the transition metal content. This may be less than 0.05 mol / mol, or less than 0.02 mol / mol. In another embodiment, the Li / M ratio is zero.

特許請求の範囲では、d50は、d50値以下の大きさを有する粒子からなる粉末の体積の50%と定義され、この場合、d50は、適切な公知法、たとえばレーザー回折によって乾燥平均値および湿潤平均値として測定される。   In the claims, d50 is defined as 50% of the volume of a powder consisting of particles having a size less than or equal to the d50 value, where d50 is the dry average value and wetness by a suitable known method such as laser diffraction. Measured as an average value.

a)LCO−1、およびb)例1aの倍率2000倍でのSEM画像a) LCO-1, and b) SEM image at 2000x magnification of Example 1a 対数目盛での導電性の関数としての、4.5Vでのエネルギー損失率(白抜きの丸印)および容量損失率(黒塗りの丸印)のグラフGraph of energy loss rate (open circles) and capacity loss rate (black circles) at 4.5V as a function of conductivity on a logarithmic scale a)LCO−3の、倍率2000倍での、およびb)例2dの、倍率2000倍および5000倍(下)でのSEM画像a) SEM image of LCO-3 at 2000x magnification and b) Example 2d at 2000x and 5000x (bottom) magnification a)LCO−2、例2a、2bおよび2c、ならびにb)例2d、2eおよび2fの対数目盛での導電性の関数としての、4.5Vでのエネルギー損失率(白抜きの丸印)および容量の損失率(黒塗りの丸印)のグラフa) LCO-2, Examples 2a, 2b and 2c, and b) Energy loss rate at 4.5 V (open circles) as a function of conductivity on the logarithmic scale of Examples 2d, 2e and 2f and Capacity loss rate (black circle) graph a)4.35V、およびb)4.40Vでの例3の完全型電池中での試験。放電容量(mAh/g)は、サイクル回数(#)に対してプロットしたTesting in the full battery of Example 3 at a) 4.35V and b) 4.40V. The discharge capacity (mAh / g) was plotted against the number of cycles (#). 4.35Vでの標準的なLiCoO2の完全型電池での試験。放電容量は、サイクル回数に対してプロットした4. Test with a standard LiCoO 2 complete battery at 35V. Discharge capacity plotted against cycle number アルミナ被覆したLiCoO2の、高電圧安定性および導電性の関係Relationship between high voltage stability and conductivity of LiCoO 2 coated with alumina a)LCO−5の、倍率2000倍での、b)例5aの、倍率2000倍、および5000倍での、ならびにc)比較例5の、倍率2000倍、および5000倍でのSEM画像a) SEM image of LCO-5 at 2000x magnification, b) Example 5a at 2000x and 5000x magnification, and c) Comparative Example 5 at 2000x and 5000x magnification. 例5a(白抜きの丸印)および5b(黒塗りの丸印)に関する粒径の関数としての体積分率のグラフGraph of volume fraction as a function of particle size for Examples 5a (open circles) and 5b (black circles) コイン電池での試験:25℃でC/10レート(1C=160mAh/g)での4.3V〜3.0Vの間で、LiF被覆されたLiCoO2に関して得られた、第一の充電−放電サイクルで得られた電圧プロファイル、異なった温度で加熱Coin cell test: first charge-discharge obtained for LiF-coated LiCoO 2 between 4.3 V and 3.0 V at C / 10 rate (1C = 160 mAh / g) at 25 ° C. Voltage profile obtained in cycle, heated at different temperatures 導電性の関数としての例10a〜10dおよびLCO−10の20Cレート性能の発展Development of 20C rate performance of Examples 10a-10d and LCO-10 as a function of conductivity 例10a、10cおよび10d対LCO−10に関する、4.5Vで1Cでの導電性とエネルギー損失率との関連性Relationship between conductivity and energy loss rate at 1C at 4.5V for Examples 10a, 10c and 10d vs. LCO-10

詳細な説明
本発明は、高電圧安定性および高レート性能を有するLiCoO2ベースのカソードを得るための戦略を開示する。得られるLiCoO2ベースのカソード材料は、高い密度を有しており、かつ実際の電池において高い電圧での安定したサイクルが可能である。この戦略のキーポイントは、極めて低い導電性を達成することであり、これはその他の、目下のカソード材料に関して報告されているものよりも一桁低いものである。
DETAILED DESCRIPTION The present invention discloses a strategy for obtaining a LiCoO 2 based cathode with high voltage stability and high rate performance. The resulting LiCoO 2 based cathode material has a high density and is capable of stable cycling at high voltage in an actual cell. The key to this strategy is to achieve very low conductivity, which is an order of magnitude lower than that reported for other current cathode materials.

高性能のカソード性能を目標とする場合には、十分な導電性が必要とされることは広く受け入れられている。典型的な例は、カーボン被覆された微粒子状のLiFePO4の使用である。カーボン被覆なしでは容量およびレート性能は極めて劣る。LiFePO4の場合、圧縮されたカソード粉末の導電性に関する典型的な目標は、10-3〜10-2S/cmである。他のカソード材料は、比較的高い導電性も有している。 It is widely accepted that sufficient conductivity is required when targeting high performance cathode performance. A typical example is the use of carbon coated particulate LiFePO 4 . Without carbon coating, capacity and rate performance is very poor. In the case of LiFePO 4 , a typical target for the conductivity of the compressed cathode powder is 10 −3 to 10 −2 S / cm. Other cathode materials also have a relatively high conductivity.

異なった参照材料の導電性は、室温において63.7MPaの圧力で圧縮されたペレットを使用して測定された。典型的な電解質イオン伝導性は10mS/cm(10-2S/cm)であるので、これと同様の、またはより高い導電性を有するカソードを「導電性が高い」と定義することができる。導電性が、この値の約1%まで大きい場合(10-4S/cm)には「導電性が低い」と定義する。導電性が0.1%未満(10-5S/cm)である場合には、そのカソードは「絶縁性」として定義することができる。カソードが少なくとも低い導電性を有していなくてはならないこと、および絶縁性カソードではうまくいかないことは一般に受け入れられている。 The conductivity of the different reference materials was measured using pellets compressed at a pressure of 63.7 MPa at room temperature. A typical electrolyte ionic conductivity is 10 mS / cm (10 −2 S / cm), so a cathode with similar or higher conductivity can be defined as “highly conductive”. When the conductivity is large up to about 1% of this value (10 −4 S / cm), it is defined as “low conductivity”. A cathode can be defined as “insulating” if its conductivity is less than 0.1% (10 −5 S / cm). It is generally accepted that the cathode must have at least low conductivity and that it will not work with an insulating cathode.

高Ni材料、たとえばLiNi0.8Co0.15Al0.052は、たとえば約3.47×10-2S/cmを有し、LMNCO(LiNi0.5Mn0.3Co0.22)は約2.21×10-3S/cmを有し、有名な「111」(Li1+x1-x2、M=Ni1/3Co1/3Mn1/3、およびx≒0.05)は、約2.03×10-4S/cmを有する。市販のLiCoO2は、10-2〜10-3S/cmの範囲の比較的低い導電性を有している。これらのカソード材料全てに関して約10-5S/cmの導電性が測定される。従ってこれらのカソードはいずれも絶縁性ではない。 High Ni materials, such as LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , for example, have about 3.47 × 10 −2 S / cm and LMNCO (LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 ) has about 2.21 × 10 −. The famous “111” (Li 1 + x M 1-x O 2 , M = Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 , and x≈0.05) with 3 S / cm is about 2.03 × 10 −4 S / cm. Commercially available LiCoO 2 has a relatively low conductivity in the range of 10 −2 to 10 −3 S / cm. A conductivity of about 10 −5 S / cm is measured for all of these cathode materials. Therefore, none of these cathodes are insulating.

本発明によるカソード材料は、上記の定義を用いると「絶縁性」である。これらは目下公知の、最も導電性の低いカソード材料の導電性よりも、少なくとも2〜3桁低い導電性を有している。導電性が低いことは、新規の絶縁性カソード材料の高電圧安定性のための主要な理由であると考えられる。このような絶縁性のカソードから、優れた電気化学的性能、つまり大きな放電容量およびレート性能が得られることは意外である。というのは、一般に、固体カソード内および電解質とカソードとの間の界面では、Liカチオンの拡散のためには一定の導電性が必要であると考えられているからである。   Cathode materials according to the present invention are “insulating” using the above definitions. They have a conductivity that is at least 2-3 orders of magnitude lower than the conductivity of the currently known, least conductive cathode materials. The low conductivity is believed to be the main reason for the high voltage stability of the new insulating cathode material. It is surprising that such an insulating cathode provides excellent electrochemical performance, that is, large discharge capacity and rate performance. This is because it is generally considered that a certain conductivity is required for the diffusion of Li cations in the solid cathode and at the interface between the electrolyte and the cathode.

LiCoO2ベースのカソードを高電圧充電すると(つまり、カソードは顕著に非インターカレーション状態となる)、Coの大部分が4価の状態であるLixCoO2組成が得られる。三価のLixCoO2は、極めて強力な酸化剤であり、高反応性である。電解質はこのような酸化性表面と接触する場合には、熱力学的に安定しない。電解質(還元剤である)との反応は、エネルギー的に著しく有利である。低温でも(高電圧におけるLiCoO2カソードの通常のサイクルの間)、この反応は、ゆっくりではあるが絶え間なく進行する。反応生成物はカソード表面を覆い、電解質は分解され、両方の効果によって電池の電気化学的な性能は連続的に劣化し、容量の損失および極性化による抵抗の顕著な増大が観察される。 When a LiCoO 2 based cathode is charged at high voltage (ie, the cathode is significantly non-intercalated), a Li x CoO 2 composition is obtained in which the majority of Co is tetravalent. Trivalent Li x CoO 2 is a very strong oxidant and is highly reactive. The electrolyte is not thermodynamically stable when in contact with such oxidizing surfaces. Reaction with the electrolyte (which is a reducing agent) is energetically advantageous. Even at low temperatures (during the normal cycle of a LiCoO 2 cathode at high voltage), this reaction proceeds slowly but constantly. The reaction product covers the cathode surface, the electrolyte is decomposed, and both effects continuously degrade the electrochemical performance of the cell, observing a significant increase in resistance due to capacity loss and polarization.

高電圧充電カソードに関する状況は、十分に調査が行われたカーボンアノードの状況とそれほど異なるものではない。電解質は、電位がほぼゼロV(vs.Li/Li+)であるLiのインターカレーションの間の還元条件で安定していない。従って電解質は分解し、かつ還元される。しかしこの場合、電解質の分解生成物はリチウムと共にいわゆるSEI(solid electrolyte interface)を形成する。SEIはイオン伝導体であるが、しかし電子絶縁体であることが知られている。従ってSEIによって、依然として固体と電解質との間の表面をLiが横断して輸送されることが可能になるが、これによりさらに電解質の還元が防止される。重要な点は、電解質の還元は、局所的にLiカチオンと電子とが同時に存在することを必要とすることである。Liカチオンは電解質中に、および電子はカーボンバルク中に存在する。しかしながら、SEIが電子絶縁体として物理的にカーボン中の電子を、電解質中のLiカチオンから分離するのであれば、さらなる電解質の還元は不可能である。 The situation for high voltage charging cathodes is not very different from the situation of well-studied carbon anodes. The electrolyte is not stable under reducing conditions during Li intercalation with a potential of approximately zero V (vs. Li / Li + ). The electrolyte is therefore decomposed and reduced. However, in this case, the decomposition product of the electrolyte forms a so-called SEI (Solid Electrolyte Interface) together with lithium. SEI is an ionic conductor, but is known to be an electronic insulator. Thus, SEI still allows Li to be transported across the surface between the solid and the electrolyte, which further prevents electrolyte reduction. The important point is that the reduction of the electrolyte requires the local presence of Li cations and electrons simultaneously. Li cations are present in the electrolyte and electrons are in the carbon bulk. However, if the SEI physically separates the electrons in the carbon from the Li cations in the electrolyte as an electronic insulator, no further reduction of the electrolyte is possible.

このメカニズムは周知であり、同様のメカニズムをカソードに適用する試みがなされてきた。多くの研究はカソード表面で分解してカソードSEIを形成する電解質の添加剤に焦点をあてていた。しかし、高度に酸化された(つまり脱リチウム化された)カソードと接触して高電圧でSEIを形成する電極添加剤についての探求は成功していないか、または部分的に成功しているにすぎない。   This mechanism is well known and attempts have been made to apply a similar mechanism to the cathode. Many studies have focused on electrolyte additives that decompose on the cathode surface to form cathode SEI. However, the search for electrode additives in contact with highly oxidized (ie delithiated) cathodes to form SEI at high voltages has been unsuccessful or only partially successful. Absent.

明らかに、電子絶縁性カソード材料は、この問題を解決するであろう。電子絶縁性のカソード材料が、首尾よくサイクルさせることができたなら、高電圧安定性を期待することができる。というのも、電解質の酸化は、電子がカソードに供給されることを必要とするからである。しかし一般にこれまでは、そのような絶縁カソードは、良好な電気化学的性能を有し得ないであろうと推測されていた。   Obviously, an electronically insulating cathode material will solve this problem. If an electronically insulating cathode material can be successfully cycled, high voltage stability can be expected. This is because electrolyte oxidation requires electrons to be supplied to the cathode. In general, however, it has been speculated that such insulated cathodes may not have good electrochemical performance.

本発明は、
1)絶縁性カソードは高い電圧安定性を有することができる、および
2)それにもかかわらず極めて良好な電気化学的性能を示す絶縁カソードを作成することは可能である
という発見に基づいている。
The present invention
It is based on the discovery that 1) insulating cathodes can have high voltage stability, and 2) it is nevertheless possible to make insulating cathodes that exhibit very good electrochemical performance.

従って、以下に開示するような、カソードの圧縮粉末の例は、極めて低い導電性を示し、これは実質的に良好な絶縁体である。しかし意外にも、このカソードは良好な電気化学的性能を示す。さらに、測定によってカソード粒子のバルクは導電性であり、他方、表面が絶縁性であることが示された。   Thus, examples of cathode compact powders, as disclosed below, exhibit very low electrical conductivity, which is a substantially good insulator. Surprisingly, however, this cathode exhibits good electrochemical performance. In addition, measurements have shown that the bulk of the cathode particles is conductive while the surface is insulating.

1つの実施態様では、良好な性能を達成するために、リチウム金属酸化物粉末粒子は、以下の特性を有していてよい:
1)コアシェル構造、この場合、シェルは電子絶縁性であり、かつコアは電子伝導性である、
2)コア全体を完全に覆うことがない絶縁性シェル、一般に50%よりはるかに大きく100%未満、および
3)主として遷移金属からなるシェル。
In one embodiment, to achieve good performance, the lithium metal oxide powder particles may have the following properties:
1) Core-shell structure, where the shell is electronically insulating and the core is electronically conductive,
2) An insulating shell that does not completely cover the entire core, generally much greater than 50% and less than 100%, and 3) a shell composed primarily of transition metals.

WO2008−092568には、Mn島により被覆されたLiCoO2の製造方法が開示されている。本発明の1つの方法の実施態様の例では、このようなMn島により被覆されたLiCoO2粉末を製造しているが、しかし、最小限の導電性を達成するために、Li:金属の比率の微妙な調整が必要である。第一にLiCoO2前駆体が、遷移金属源、たとえば混合された水酸化物MOOH(M=Mn−Ni−O)、およびLi源、たとえばLi2CO3とが混合される。LiCoO2中の遷移金属対MOOH中の金属の比率は、たとえば0.95:0.05〜0.8:0.2である。焼成工程の後に、島により被覆されたLiCoO2が得られる。典型的な焼成温度は、1000℃である。得られた島は、マンガン分が多く、他方、マンガンはLiCoO2のバルク中では見あたらない。この配合物に添加されるLiの量は、焼成された最終試験体の導電性によって決定される。これは、できる限り低い導電性を達成するために、どれほどのLiをLi2CO3として添加すればよいのか、単に測定することによって確立することができ、以下の実施例において詳細に説明する。1つの実施態様では、Li2CO3は全く添加されない。 WO 2008-092568 discloses a method for producing LiCoO 2 coated with Mn islands. In an example of one method embodiment of the present invention, LiCoO 2 powder coated with such Mn islands is produced, but to achieve minimal conductivity, the Li: metal ratio Subtle adjustments are necessary. First, a LiCoO 2 precursor is mixed with a transition metal source, such as a mixed hydroxide MOOH (M = Mn—Ni—O), and a Li source, such as Li 2 CO 3 . The ratio of transition metal in LiCoO 2 to metal in MOOH is, for example, 0.95: 0.05 to 0.8: 0.2. After the firing step, LiCoO 2 covered with islands is obtained. A typical firing temperature is 1000 ° C. The resulting island is rich in manganese, while manganese is not found in the LiCoO 2 bulk. The amount of Li added to this formulation is determined by the conductivity of the final fired specimen. This can be established by simply measuring how much Li should be added as Li 2 CO 3 in order to achieve the lowest possible conductivity, and will be described in detail in the examples below. In one embodiment, no Li 2 CO 3 is added.

本発明のさらなる重要な側面は、粒子の内側のコアが、外側の領域よりも高い導電性を有していることである。本発明の典型的な具体化では、外側は、内側の領域よりもマンガンが富化されている。LiCoO2粒子の外側が、非導電性のシェルによって被覆されているにもかかわらず、高い電気化学的性能が観察された。 A further important aspect of the present invention is that the inner core of the particle has a higher conductivity than the outer region. In a typical embodiment of the invention, the outer side is enriched with manganese than the inner region. High electrochemical performance was observed despite the outer side of the LiCoO 2 particles being covered by a non-conductive shell.

本発明のカソードの形態の1つの例は、以下の通りである:比較的導電性のコアは多くの場合、ただし100%ではないが、絶縁性シェルによって被覆されている。さらに、絶縁性シェルは、金属組成が、少なくとも95%のコバルト、マンガンおよびニッケルを含有する遷移金属酸化物からなっていてもよい。   One example of a cathode configuration of the present invention is as follows: The relatively conductive core is often but not 100% covered by an insulating shell. Furthermore, the insulating shell may be made of a transition metal oxide having a metal composition of at least 95% cobalt, manganese and nickel.

しかしコアシェル構造の存在は、発明の1つの実施態様にすぎず、これは特に少なくとも10μm、または少なくとも20μmの広い平均粒径を有する粉末において観察される。特許請求の範囲に記載の方法によって、得られる構造とは無関係に、できる限り低い導電性が得られる。Li:金属の配合比を変更することによって、異なった導電性を有するカソードが得られる。1つの実施態様によるLi:金属比は、最小の導電性を生じる比である。高電圧安定性カソードは、Li:金属比の関数としての最小の導電性を有するカソード材料である。   However, the presence of the core-shell structure is only one embodiment of the invention, which is observed particularly in powders having a wide average particle size of at least 10 μm, or at least 20 μm. The method described in the claims gives the lowest possible conductivity, irrespective of the structure obtained. By changing the mixing ratio of Li: metal, cathodes having different conductivity can be obtained. The Li: metal ratio according to one embodiment is the ratio that results in minimal conductivity. A high voltage stable cathode is a cathode material that has minimal conductivity as a function of Li: metal ratio.

本発明を、以下に記載するような、異なった実施例により詳細に説明する。   The invention is illustrated in detail by different examples as described below.

例1:
この例は、導電性が低減するにつれてサイクル安定性が改善されることを示している。改善された安定性および導電性の低減は、Li:金属比を最適化することによって達成される。
Example 1:
This example shows that cycle stability improves as conductivity decreases. Improved stability and reduced conductivity is achieved by optimizing the Li: metal ratio.

LCO−1の製造:0.25モル%のチタンおよび0.5モル%のマグネシウムによりドープされたCo(OH)2の調製物は、パイロットラインで、LiCoO2の前駆体として製造される。チタンおよびマグネシウムによりドープされたLiCoO2(LCO−1と表示)は、標準的な高温固相合成を用いて、前駆体とLi2CO3とを混合することによって得られ、平均粒径25μmが得られる。 Production of LCO-1: A preparation of Co (OH) 2 doped with 0.25 mol% titanium and 0.5 mol% magnesium is produced as a precursor of LiCoO 2 in the pilot line. LiCoO 2 doped with titanium and magnesium (designated LCO-1) is obtained by mixing the precursor and Li 2 CO 3 using standard high temperature solid phase synthesis and has an average particle size of 25 μm. can get.

島により被覆されたLCO−1の製造:カソード粉末材料は、95質量%のチタンおよびマグネシウムによりドープされたLiCoO2(LCO−1と表示)と、5質量%の、MOOHの混合された遷移金属オキシ水酸化物(M=Ni0.55Mn0.30Co0.15)および規定量のLi2CO3、またはLi2CO3は用いずにこれらを混合することにより製造される。例1a、1bおよび1cを、第1表に記載のとおりに製造し、かつ十分に混合して均一な原料混合物を製造する。この混合物を、アルミナるつぼに装入し、かつ1000℃で8時間、一定の空気流の下で加熱する。冷却後、得られる粉末を篩分けし、4プローブDC導電性により特性決定し、かつさらに電気化学的な特性決定のためにコイン電池に装着する。 Production of LCO-1 covered by islands: cathode powder material is a transition metal mixed with 95 wt% titanium and magnesium doped LiCoO 2 (denoted LCO-1) and 5 wt% MOOH It is produced by mixing oxyhydroxide (M = Ni 0.55 Mn 0.30 Co 0.15 ) and a specified amount of Li 2 CO 3 or Li 2 CO 3 without using them. Examples 1a, 1b and 1c are prepared as described in Table 1 and mixed thoroughly to produce a uniform feed mixture. This mixture is charged into an alumina crucible and heated at 1000 ° C. for 8 hours under constant air flow. After cooling, the resulting powder is sieved, characterized by 4-probe DC conductivity, and mounted on a coin cell for further electrochemical characterization.

第2表は、例1a、1bおよび1c、ならびにLCO−1の適用圧力63MPaにおける導電性および電気化学的性能をまとめたものである。LCO−1および例1aのSEM画像が図1に示されている。これらの2つの生成物の形態は極めて異なっている。LCO−1は、平滑な表面を有し、凝集していない粒子を有している一方で、例1aは、LiCoO2粒子の表面に粒子状の島による被覆を有している。 Table 2 summarizes the conductivity and electrochemical performance of Examples 1a, 1b and 1c and LCO-1 at an applied pressure of 63 MPa. SEM images of LCO-1 and Example 1a are shown in FIG. The form of these two products is very different. While LCO-1 has a smooth surface and has non-agglomerated particles, Example 1a has a coating of particulate islands on the surface of LiCoO 2 particles.

導電性および4.5Vでのサイクル安定性との関係は図2に示されている。被覆された試験体(つまり例1a〜1c)の導電性は、被覆されていないLCO−1のものよりも3〜4桁低い。LCO−1の電気化学的特性、たとえば放電容量、レート性能、容量損失およびエネルギー損失率は、極めて劣っている。例1a〜1cは、LCO−1との比較において、これらの特性の劇的な改善を特徴付けている。例1a〜1cに関して、導電性はリチウムの添加によって増大している。同時に、容量損失およびエネルギー損失の両方が改善される。抵抗性の低減は、被覆した試験体および被覆していない試験体の両方に関して、4.5Vで安定性の改善と十分に相関している。   The relationship between conductivity and cycle stability at 4.5V is shown in FIG. The conductivity of the coated specimens (ie Examples 1a-1c) is 3-4 orders of magnitude lower than that of the uncoated LCO-1. The electrochemical properties of LCO-1, such as discharge capacity, rate performance, capacity loss and energy loss rate, are very poor. Examples 1a-1c characterize the dramatic improvement in these properties in comparison to LCO-1. For Examples 1a-1c, the conductivity is increased by the addition of lithium. At the same time, both capacity loss and energy loss are improved. The reduction in resistance correlates well with the improved stability at 4.5V for both coated and uncoated specimens.

例1a、bおよびcは、絶縁性であり、かつ本発明の実施態様の例である。   Examples 1a, b and c are insulative and are examples of embodiments of the present invention.

この例および以下の全ての例において、電気化学的性能は、コイン電池において試験し、その際、Liシートを25℃で六フッ化リチウム(LiPF6)タイプの電極中での対向電極として用いる。活性材料の負荷量は、10〜12mg/cm2の範囲である。電池を4.3Vで充電し、かつ3.0Vで放電して、レート性能および容量を測定する。高電圧放電容量および延長されたサイクルにおける容量保持率を、4.5Vまたは4.6V(例3〜4および9)の充電電圧で測定する。 In this example and in all the following examples, the electrochemical performance was tested in a coin cell, using a Li sheet as a counter electrode in a lithium hexafluoride (LiPF 6 ) type electrode at 25 ° C. The active material loading is in the range of 10-12 mg / cm 2 . The battery is charged at 4.3V and discharged at 3.0V to measure rate performance and capacity. High voltage discharge capacity and capacity retention in extended cycles are measured at a charge voltage of 4.5V or 4.6V (Examples 3-4 and 9).

比容量160mAh/gを、放電レートの決定のために選択する。たとえば、2Cでの放電に関して、比電流320mA/gを使用する。   A specific capacity of 160 mAh / g is selected for the determination of the discharge rate. For example, for a discharge at 2C, a specific current of 320 mA / g is used.

これは、この記載におけるコイン電池および完全型電池の全てにおいて使用される試験の概要である。   This is a summary of the tests used in all coin cells and full cells in this description.

以下の定義をデータ分析のために使用する(Q:容量、D:放電、C:充電)。   The following definitions are used for data analysis (Q: capacity, D: discharge, C: charge).

放電容量QD1は、0.1Cで4.3〜3.0Vの範囲における最初のサイクルの間に測定される。   The discharge capacity QD1 is measured during the first cycle in the range of 4.3-3.0V at 0.1C.

不可逆容量Qirrは、(QC1−QD1)/QC1(%)である。   The irreversible capacity Qirr is (QC1-QD1) / QC1 (%).

レート性能:それぞれ0.2、0.5、1、2、3CでのQD対0.1CでのQD。   Rate performance: QD at 0.2, 0.5, 1, 2, 3C vs. QD at 0.1C, respectively.

100サイクルあたりの損失レート(0.1C)、容量に関する:(1−QD31/QD7)×100/23。   Loss rate per 100 cycles (0.1 C), capacity: (1-QD31 / QD7) × 100/23.

100サイクルあたりの損失レート(1.0C)、容量に関する:(1−QD32/QD8)×100/23。   Loss rate per 100 cycles (1.0 C), capacity: (1-QD32 / QD8) × 100/23.

エネルギー損失率:放電容量QDに代えて、放電エネルギー(容量×平均放電電圧)を使用する。   Energy loss rate: Discharge energy (capacity × average discharge voltage) is used instead of the discharge capacity QD.

例2:
この例は、島により被覆されたLiCoO2のサイクル安定性が、被覆されていないLiCoO2のものよりもはるかに高いことを示しており、この場合、同時にその導電性は、約5桁低い。この例は、島により被覆されたLiCoO2のサイクル安定性が、固有導電性の低減と共に増大することの明らかな証拠を提供するものである。
Example 2:
This example shows that the cycle stability of LiCoO 2 coated with islands is much higher than that of uncoated LiCoO 2 , in which case its conductivity is about 5 orders of magnitude lower at the same time. This example provides clear evidence that the cycle stability of LiCoO 2 coated with islands increases with decreasing intrinsic conductivity.

LCO−2の製造:LiCoO2のための前駆体として、1モル%のマグネシウムドープされたCo(OH)2を、パイロットラインで製造する。マグネシウムドープされたLiCoO2(LCO−2と表示)は、標準的な高温固相合成により、前駆体とLi2CO3とを混合することにより得られ、平均粒径25μmが達成される。 Production of LCO-2: As a precursor for LiCoO 2 , 1 mol% magnesium doped Co (OH) 2 is produced in a pilot line. Magnesium-doped LiCoO 2 (denoted LCO-2) is obtained by mixing the precursor and Li 2 CO 3 by standard high temperature solid phase synthesis to achieve an average particle size of 25 μm.

LCO−3の製造:1モル%のマグネシウムドープされた四酸化コバルト(Co34)粉末を、LiCoO2の前駆体として使用する(Umicore(韓国)の市販品)。マグネシウムドープされたLiCoO2(LCO−3と表示)は、標準的な高温固相合成により前駆体とLi23とを混合することにより得られ、平均粒径25μmが達成される。 Production of LCO-3: 1 mol% magnesium doped cobalt tetroxide (Co 3 O 4 ) powder is used as a precursor of LiCoO 2 (commercial product of Umicore, Korea). Magnesium-doped LiCoO 2 (designated LCO-3) is obtained by mixing the precursor and Li 2 O 3 by standard high temperature solid phase synthesis, achieving an average particle size of 25 μm.

島により被覆されたLCO−2およびLCO−3の製造:カソード粉末材料を、95質量%のLCO−2またはLCO−3と、5質量%のMOOHの混合された遷移金属オキシ水酸化物(M=Ni0.55Mn0.30Co0.15)および規定量のLi2CO3とを混合することによって製造する。例2a、2bおよび2cは、LCO−2から得られたものであり、かつ例2d、2eおよび2fは、LCO−3から、第1表に記載の前駆体含有率に従って、かつ均一な原料混合物を製造するために十分に混合して製造されたものである。 Production of LCO-2 and LCO-3 covered by islands: Cathode powder material was mixed with transition metal oxyhydroxide (M) mixed with 95 wt% LCO-2 or LCO-3 and 5 wt% MOOH = Ni 0.55 Mn 0.30 Co 0.15 ) and a specified amount of Li 2 CO 3 . Examples 2a, 2b and 2c were obtained from LCO-2, and Examples 2d, 2e and 2f were from LCO-3 according to the precursor content described in Table 1 and a homogeneous feed mixture In order to manufacture, it is manufactured by mixing thoroughly.

混合物をアルミナるつぼに装入し、一定の空気流下に、1000℃で8時間加熱する。冷却後、得られる粉末を篩分けし、かつ4プローブDC導電性を用いて特性決定し、かつさらに電気化学的特性決定のためにコイン電池中に装着する。第4表は、63MPaの適用電圧下での導電性、および例2a〜2fおよびLCO−2およびLCO−3の電気化学的性能(試験プロトコルは例1に記載したとおり)をまとめたものである。LCO−3および例2dのSEM画像は、図3に示されている(同様の結果が、LCO−2系列に関しても得られている)。2つの生成物の形態は、著しく異なっている:LCO−3は、平滑な表面を有する、凝集していない粒子を有している一方で、例2dは、LiCoO2粒子の表面に、粒子状の島により被覆を示している。 The mixture is placed in an alumina crucible and heated at 1000 ° C. for 8 hours under constant air flow. After cooling, the resulting powder is sieved and characterized using 4-probe DC conductivity and mounted in a coin cell for further electrochemical characterization. Table 4 summarizes the conductivity under an applied voltage of 63 MPa and the electrochemical performance of Examples 2a-2f and LCO-2 and LCO-3 (the test protocol is as described in Example 1). . SEM images of LCO-3 and Example 2d are shown in FIG. 3 (similar results have been obtained for the LCO-2 series). The two product forms are significantly different: LCO-3 has non-agglomerated particles with a smooth surface, while Example 2d is in the form of particles on the surface of LiCoO 2 particles. The islands show the coating.

導電性と、4.5Vでのサイクル安定性との関係は、図4に記載されている。島により被覆された試験体(つまり例2a〜2f)の導電性は、被覆されていないLCO−2およびLCO−3のものよりも5〜6桁低い。LCO−2およびLCO−3の電気化学的特性、たとえば放電容量、レート性能、容量損失およびエネルギー損失率は、極めて劣っている。例2a〜2fは、LCO−2およびLCO−3と比較したこれらの特性の劇的な改善を特徴付けている。例2a〜2cおよび2d〜2fに関して、導電性はリチウムの添加により増大する。同時に、容量損失およびエネルギー損失率の両方が損なわれる。抵抗性の低減は、被覆された試験体および被覆されていない試験体の両方に関して4.5Vでの安定性の改善と十分に相関している。例2a〜fは絶縁性であり、かつ本発明の実施態様の例である。   The relationship between conductivity and cycle stability at 4.5V is illustrated in FIG. The conductivity of the specimens coated with islands (ie Examples 2a-2f) is 5 to 6 orders of magnitude lower than that of uncoated LCO-2 and LCO-3. The electrochemical properties of LCO-2 and LCO-3, such as discharge capacity, rate performance, capacity loss and energy loss rate, are very poor. Examples 2a-2f characterize the dramatic improvement in these properties compared to LCO-2 and LCO-3. For Examples 2a-2c and 2d-2f, the conductivity increases with the addition of lithium. At the same time, both capacity loss and energy loss rate are compromised. The reduction in resistance correlates well with an improvement in stability at 4.5V for both coated and uncoated specimens. Examples 2a-f are insulating and are examples of embodiments of the present invention.

例3:
この例は、島により被覆された、電気絶縁性特性を有するLiCoO2が、完全型電池中で、より優れたサイクル安定性を有することを示している。
Example 3:
This example shows that LiCoO 2 coated with islands and having electrical insulating properties has better cycle stability in a complete battery.

例3(Ex3)の製造:Ex3は、LCO−3およびMOOH(M=Ni0.55Mn0.30Co0.15)の95:5のモル比の混合物を焼結し、かつ適切な炭酸リチウムを添加することによりパイロット製造ラインで製造され、かつ5×10-8S/cm未満の導電性が達成される。Ex3の平均粒径は、25μmである。この場合、適用される63MPaの圧力の下での導電性は、3.94×10-8S/cmと測定される。Ex3のコイン電池の、4.5Vおよび4.6Vでの性能は、第5a表に記載されており、かつ優れた電気化学的性能を示している。 Preparation of Example 3 (Ex3): Ex3 is prepared by sintering a 95: 5 molar ratio mixture of LCO-3 and MOOH (M = Ni 0.55 Mn 0.30 Co 0.15 ) and adding the appropriate lithium carbonate. Manufactured on a pilot production line and a conductivity of less than 5 × 10 −8 S / cm is achieved. The average particle size of Ex3 is 25 μm. In this case, the conductivity under an applied pressure of 63 MPa is measured as 3.94 × 10 −8 S / cm. The performance of the Ex3 coin cell at 4.5V and 4.6V is listed in Table 5a and shows excellent electrochemical performance.

圧縮密度は、得られた粉末に1.58トン/cm2を適用して測定される。Ex3の圧縮密度は、3.82g/cm3である。 The compression density is measured by applying 1.58 ton / cm 2 to the obtained powder. The compression density of Ex3 is 3.82 g / cm 3 .

Ex3を、10μmのポリエチレンセパレータを使用し、六フッ化リチウム(LiPF6)タイプの電極中、グラファイトタイプのアノードを対向電極として備えたLiイオンポリマー電池(LiPB)中、25℃で試験する。形成後、LiPB電池を、4.35V(または4.40V)および3.0Vの間で500回サイクルさせ、延長されたサイクルの間での容量保持率を測定する。比容量800mAhは、充電および放電レートの決定に関して推測される。充電は、CC/CVモードで1Cレートにおいて、40mAのカットオフ電流を使用して行い、かつ放電は、1Cで、CCモードにおいて3Vまで行った。 Ex3 is tested at 25 ° C. in a Li-ion polymer battery (LiPB) with a 10 μm polyethylene separator in a lithium hexafluoride (LiPF 6 ) type electrode and a graphite type anode as a counter electrode. After formation, the LiPB cell is cycled 500 times between 4.35 V (or 4.40 V) and 3.0 V and the capacity retention during the extended cycle is measured. A specific capacity of 800 mAh is inferred with respect to determining charge and discharge rates. Charging was performed using a 40 mA cutoff current at 1 C rate in CC / CV mode, and discharging was performed at 1 C up to 3 V in CC mode.

高電圧(4.35V)および極めて高い電圧(4.4V)におけるEx3のサイクルにおける放電容量の損失は、それぞれ図5aおよび5bに記載されている。Ex3の寿命性能は、標準的なLiCoO2(平均粒径17μmを有するUmicoreの大量生産品)と比較し、そのデータは図6に示されている。この標準的なLiCoO2の導電性は、9.0×10-2S/cmである。 The loss of discharge capacity in the Ex3 cycle at high voltage (4.35V) and very high voltage (4.4V) is described in FIGS. 5a and 5b, respectively. The life performance of Ex3 is compared to standard LiCoO 2 (Umicore's mass produced product with an average particle size of 17 μm) and the data is shown in FIG. The conductivity of this standard LiCoO 2 is 9.0 × 10 −2 S / cm.

完全型電池での試験により、Ex3は、低い導電性と共に、標準的なLiCoO2と比較してより優れたサイクル安定性を有していることが確認される。500回のサイクルの終了時に、Ex3は、4.35Vおよび4.40Vの両方の当初の性能の85%の可逆容量を特徴付けており、その際、4.35Vでの標準LiCoO2に関しては200回のサイクル後の早い時点で85%へ低下していた。 Tests on full batteries confirm that Ex3 has better cycle stability compared to standard LiCoO 2 with low conductivity. At the end of the 500 cycles, Ex3 has characterized a reversible capacity of 85% of the original performance of both 4.35V and 4.40V, with 200 for the standard LiCoO 2 at 4.35V. It decreased to 85% at an early point after the cycle.

例4:Al23被覆されたLiCoO2
この例は、導電性が低減するにつれてサイクル安定性が改善されることを再度示すものである。安定性の改善は、被覆によって達成することができる。しかし、十分に低い導電性の値は達成されず、低い値に近づくにつれて、可逆容量が損なわれる。
Example 4: LiCoO 2 coated with Al 2 O 3
This example again shows that cycle stability improves as conductivity decreases. An improvement in stability can be achieved by coating. However, a sufficiently low conductivity value is not achieved, and the reversible capacity is compromised as the low value is approached.

LiCoO2前駆体(LCO−4)は、1モル%のMgドープされたLiCoO2(Umicoreの大量生産品)である。これは、約17μmの粒径分布のd50を有するポテト型の粒子を有している。LiCoO2前駆体から、同時に継続している出願であるEP10008563に開示されている、大量生産式の被覆法により3つの試験体を準備する。この被覆法により、微細なAl23粉末が、表面に付着され、引き続き500℃を上回る緩和な熱処理によりAl23粉末と、LiCoO2(LCO−4)の表面とを反応させる。 The LiCoO 2 precursor (LCO-4) is 1 mol% Mg-doped LiCoO 2 (a mass produced product of Umicore). This has potato-type particles with a d50 of a particle size distribution of about 17 μm. Three specimens are prepared from the LiCoO 2 precursor by the mass production coating method disclosed in EP 10008563, a co-pending application. By this coating method, fine Al 2 O 3 powder is adhered to the surface, and then the Al 2 O 3 powder and the surface of LiCoO 2 (LCO-4) are reacted by a mild heat treatment exceeding 500 ° C.

3つの試験体(比較例4a、比較例4b、比較例4c)は、異なったレベルのAl被覆を有している。比較例4aは、0.05質量%のAlを、比較例4bは、0.1質量%、および比較例4cは、0.2質量%を含有している。導電性の結果は、第5b表に記載されている。アルミニウム被覆された試験体は、被覆されていないLCO−4よりも低い導電性を有しており、被覆されている試験体に関して、導電性は、Al被覆の厚さと共に連続的に低下する。   The three specimens (Comparative Example 4a, Comparative Example 4b, Comparative Example 4c) have different levels of Al coating. Comparative Example 4a contains 0.05% by mass of Al, Comparative Example 4b contains 0.1% by mass, and Comparative Example 4c contains 0.2% by mass. The conductivity results are listed in Table 5b. The aluminum coated specimen has a lower conductivity than the uncoated LCO-4, and for the coated specimen, the conductivity decreases continuously with the thickness of the Al coating.

電気化学的性能(容量、レート、4.5Vでのサイクル安定性)は、コイン電池中で試験する。被覆されていない試験体は、極めて劣った安定性を有している。被覆されている試験体は、極めて良好な安定性を有しており、第6表がその結果を示している。放電容量は4.5〜3.0Vであり、これは前に与えられたサイクルスケジュールのサイクル7から得られたものである。サイクル安定性の明らかな改善が、サイクル安定性の測定法とは無関係に、被覆レベルの増大と共に観察される。しかし、同時に電気化学的性能(容量、レート)は、Al23被覆厚さが増大すると共に損なわれる。 Electrochemical performance (capacity, rate, cycle stability at 4.5V) is tested in a coin cell. The uncoated specimen has very poor stability. The coated specimen has a very good stability and Table 6 shows the results. The discharge capacity is 4.5-3.0 V, which is obtained from cycle 7 of the cycle schedule given earlier. A clear improvement in cycle stability is observed with increasing coating level, regardless of the cycle stability measurement method. At the same time, however, the electrochemical performance (capacity, rate) is impaired as the Al 2 O 3 coating thickness increases.

図7は、導電性の関数としての容量と、4.5Vでのサイクル安定性の結果をまとめたものである。上の図面では、容量(三角印)およびエネルギー(黒塗りの丸印)の両方の損失が、導電性に対してプロットされている。下の図面では、放電容量が、導電性に対してプロットされている。導電性の低下に関して、4.5Vでのより良好な高電圧安定性が得られていることが明らかに観察される。しかし、同時に、可逆容量が損なわれる。従って、アルミナ被覆されたLiCoO2の場合には、導電性の低減によるサイクル安定性のさらなる改善は、電気化学的な性能を失うことなしでは困難である。さらに、4.6Vでの電気化学的な特性は、アルミニウム被覆のレベルとは無関係に、例3と比較して極めて低い。 FIG. 7 summarizes the results of capacity as a function of conductivity and cycle stability at 4.5V. In the upper drawing, both capacitance (triangle) and energy (black circle) losses are plotted against conductivity. In the lower drawing, the discharge capacity is plotted against conductivity. It is clearly observed that better high voltage stability at 4.5V has been obtained with respect to the decrease in conductivity. However, at the same time, the reversible capacity is impaired. Thus, in the case of alumina coated LiCoO 2 , further improvement in cycle stability due to reduced conductivity is difficult without losing electrochemical performance. Furthermore, the electrochemical properties at 4.6V are very low compared to Example 3 regardless of the level of aluminum coating.

例5:
この例は、島により被覆されたLiCoO2が、電子絶縁シェルを有しており、より優れたサイクル安定性と電子伝導性コアとをもたらすことを示すものである。
Example 5:
This example shows that LiCoO 2 coated with islands has an electronic insulating shell, resulting in better cycle stability and an electronically conductive core.

例5aの試験体は、95:5のモル比での、平均粒径23μmを有する大量生産品の1モル%のマグネシウムドープされたLiCoO2(LCO−5と記載)と、MOOH(M=Ni0.55Mn0.30Co0.15)とを焼結し、かつ適切な炭酸リチウムを添加することによりパイロットラインで製造され、1×10-7S/cm未満の導電性が達成される。Ex5aの圧縮密度は、3.87g/cm3である。 The specimen of Example 5a has a mass ratio of 95: 5, a mass-produced product having an average particle size of 23 μm, 1 mol% magnesium-doped LiCoO 2 (denoted LCO-5), and MOOH (M = Ni Sintered with 0.55 Mn 0.30 Co 0.15 ) and added with appropriate lithium carbonate to achieve a conductivity of less than 1 × 10 −7 S / cm. The compression density of Ex5a is 3.87 g / cm 3 .

比較例5bの製造:例5a 30g、および1cmの直径のジルコニウムボール400gとを、1Lのビンに入れ、Turbulaミキサーを用いて12時間振とうした。製造された粉末をそのままで回収してその後の試験に使用する。   Preparation of Comparative Example 5b: Example 5a 30 g and 1 cm diameter zirconium ball 400 g were placed in a 1 L bottle and shaken for 12 hours using a Turbula mixer. The produced powder is recovered as it is and used in subsequent tests.

LCO−5および例5aおよび比較例5bのSEM画像は、図8に記載されている(それぞれ2つの異なった倍率で示されている)。生成物の形態は極めて異なっている。LCO−5は、平滑な表面を有し、凝集していない粒子を有している一方で、例5aは、LiCoO2粒子の表面に、粒子状の島により被覆を示している。比較例5bのSEM画像は、ボール転動処理により、島により被覆された粒子は破壊されることを明らかに示している。例5aおよび5bの乾燥媒体中でレーザー回折法を用いて測定した粒径分布は、図9に記載されている。ボールミルにより処理された試験体の粒径分布は、平均粒径が、23μmから10μmへと劇的に低減することを示しており、かつ微粒子フラクションの増大が明らかに確認される。ボールミル処理は、明らかに粒子を破壊し、その結果、コア材料の実質的な曝露につながる。このコア材料は未処理のLCO−5に匹敵する導電性を有している。従って、例5aのコアは、>1×10-3S/cmの導電性を有しており、他方、シェルは、1×10-7S/cm未満の導電性を有していることが示されている。PSDは、比較的粘着性の粉末の緩やかな凝集に起因する大きな粒子が少量存在することも示している。 The SEM images of LCO-5 and Example 5a and Comparative Example 5b are shown in FIG. 8 (each shown at two different magnifications). The product forms are very different. While LCO-5 has a smooth surface and non-agglomerated particles, Example 5a shows the coating of LiCoO 2 particles with particulate islands. The SEM image of Comparative Example 5b clearly shows that the particles covered by the islands are destroyed by the ball rolling process. The particle size distribution measured using laser diffractometry in the dry media of Examples 5a and 5b is set forth in FIG. The particle size distribution of the test specimens processed by the ball mill shows that the average particle size decreases dramatically from 23 μm to 10 μm, and an increase in the fine particle fraction is clearly confirmed. Ball milling clearly destroys the particles, resulting in substantial exposure of the core material. This core material has a conductivity comparable to that of untreated LCO-5. Thus, the core of Example 5a has a conductivity of> 1 × 10 −3 S / cm, while the shell has a conductivity of less than 1 × 10 −7 S / cm. It is shown. The PSD also shows that there are a small amount of large particles due to the gentle agglomeration of the relatively sticky powder.

25℃で、適用圧力63MPaでの例5aの導電性は、7.13×10-8S/cmと測定され、これは被覆されていないLCO−5のものよりも6桁小さい。ボールミル処理された比較例5bは、5aと比較して、導電性が5桁増大していることを特徴付けている。この結果は、シェルと比較してコアの導電性が高いことを裏付ける証明になるものである。 The conductivity of Example 5a at 25 ° C. and an applied pressure of 63 MPa was measured as 7.13 × 10 −8 S / cm, which is 6 orders of magnitude less than that of uncoated LCO-5. The ball milled Comparative Example 5b is characterized by an increase in conductivity by 5 orders of magnitude compared to 5a. This result proves that the core has higher conductivity than the shell.

例5a、および比較例5b、およびLCO−5の、コイン電池による試験性能および導電性は、第7表に記載されている。前記で例1および2に示したように、例5aの(3.0〜4.5Vの間での)容量およびエネルギーの損失率は、被覆されていないが、同時に導電性が低減されているLCO−5と比較して著しく改善されている。比較例5bの試験体の電気化学的性能は、実質的に損なわれており、これは電子絶縁シェル構造が消失したことに起因するものであると考えられる。   Table 7 shows the test performance and conductivity of Example 5a, Comparative Example 5b, and LCO-5 with a coin battery. As shown in Examples 1 and 2 above, the capacity and energy loss rate of Example 5a (between 3.0-4.5V) is not coated, but at the same time the conductivity is reduced. This is a significant improvement compared to LCO-5. The electrochemical performance of the specimen of Comparative Example 5b is substantially impaired, which is considered to be due to the disappearance of the electronic insulating shell structure.

比較例6:
この例は、従来技術による遷移金属ベースの酸化物カソード材料は、低い導電性および良好な高電圧安定性を同時に達成することができないことを示すものである。複数の市販の製品(Umicore(韓国)社製)の、導電性および電気化学的性能は、第8表にまとめられている。これらの材料は、一般組成Li1+x1-x2(x≒0.05、比較例6aに関しては、M=Ni0.5Mn0.3Co0.2、比較例6bに関しては、M=Ni1/3Mn1/3Co1/3、および比較例6cに関してはM=Ni0.8Co0.15Al0.05)を有する。一般に、LiCoO2の導電性は、そのリチウムの化学量論に対して極めて敏感であり、かつリチウム過剰によって増大することが受け入れられている。Levasseurの、論文#2457(Bordeaux University、2001年)には、リチウムが化学量論的に過剰のLiCoO2と、化学量論のものとの間には、室温で導電性において2桁の違いが存在することが報告されている。M.Menetrier、D.Carlier、M.BlangeroおよびC.Delmasの、Electrochemical and Solid−State Letters、11(11)A179〜A182(2008)は、複雑な高化学量論のLiCoO2を製造する方法が報告されている。この高化学量論LiCoO2試験体の製造を再現し、比較例6dを製造するために使用する。
Comparative Example 6:
This example shows that prior art transition metal based oxide cathode materials cannot achieve low conductivity and good high voltage stability at the same time. The conductivity and electrochemical performance of several commercial products (Umicore (Korea)) are summarized in Table 8. These materials have the general composition Li 1 + x M 1-x O 2 (x≈0.05, M = Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 for Comparative Example 6a, M = Ni 1 // for Comparative Example 6b. 3 Mn 1/3 Co 1/3 and Comparative Example 6c have M = Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ). In general, the conductivity of LiCoO 2 is very sensitive to its lithium stoichiometry and is accepted to increase with lithium excess. Levasseur's paper # 2457 (Bodeaux University, 2001) shows that there is a two-digit difference in conductivity at room temperature between LiCoO 2 with a stoichiometric excess of lithium and a stoichiometric one. It has been reported to exist. M.M. Menetrier, D.M. Carlier, M.C. Brangero and C.I. Delmas, Electrochemical and Solid-State Letters, 11 (11) A179-A182 (2008), reports a method for producing complex high stoichiometric LiCoO 2 . The production of this high stoichiometric LiCoO 2 specimen is reproduced and used to produce Comparative Example 6d.

さらに、圧縮密度を測定した。というのは、高圧縮密度がハイエンドユース用電池におけるカソードの適用にとって重要だからである。比較例6a〜6dの圧縮密度は、本発明の実施例の実施態様よりも少なくとも0.4g/cm3低く、これらの材料をハイエンドユース用電池にとって不適切なものとしている。実地で達成可能な体積エネルギー密度(固定された電池設計の固定された体積において達成される容量を意味する)は、依然としてわずかに低いままである。さらに、これらのカソード材料は、10-5S/cmを上回る導電性を特徴付けている。これは本発明のいくつかの実施態様のカソード材料の例の導電性よりも少なくとも2〜3桁大きい。 Furthermore, the compression density was measured. This is because high compression density is important for cathode applications in high end use batteries. The compression density of Comparative Examples 6a-6d is at least 0.4 g / cm 3 lower than the example embodiment of the present invention, making these materials unsuitable for high end use batteries. The volume energy density achievable in practice (meaning the capacity achieved in a fixed volume of a fixed battery design) still remains slightly lower. Furthermore, these cathode materials are characterized by a conductivity of more than 10 −5 S / cm. This is at least 2-3 orders of magnitude greater than the conductivity of the example cathode material of some embodiments of the invention.

参照例7:
この例は、公知の遷移金属ベースの酸化物が、10-5S/cmより低い導電性を有することができ、かつ電気絶縁性遷移金属ベースのシェルの存在を裏付けることができることを示すものである。
Reference example 7:
This example shows that known transition metal based oxides can have a conductivity lower than 10 -5 S / cm and can support the presence of an electrically insulating transition metal based shell. is there.

市販のMnOOH(中央電気工業株式会社、REX7aと表示)、市販のTiO2(コスモケミカルKA300、REX7bと表示)、市販のFe23(Yukari Pure Chemicls Co.、REX7cと表示)、および市販のCo34(Umicore、REX7dと表示)の導電性を測定する。その結果は第9表に記載されている。 Commercial MnOOH (Chuo Denki Kogyo Co., REX7a a display), (labeled Cosmo Chemical KA300, REX7b) commercially available TiO 2, a commercially available Fe 2 O 3 (Yukari Pure Chemicls Co., REX7c a display), and commercially available Measure the conductivity of Co 3 O 4 (labeled Umicore, REX7d). The results are listed in Table 9.

これらの材料はすべて、10-5S/cmより低い導電性を特徴付けている。これらの導電性は、本発明の電子絶縁性カソード材料の導電性と同じ範囲であり、かつ電気絶縁性を有する遷移金属ベースのシェルの例を提供するものである。 All these materials are characterized by a conductivity of less than 10 −5 S / cm. These conductivities are in the same range as those of the electronically insulating cathode material of the present invention and provide an example of a transition metal based shell having electrical insulation.

比較例8:
この例は、良好な性能を有する絶縁性カソード材料を、遷移金属をベースとしていない無機被覆により達成することが極めて困難であるか、または不可能であることを示すものである。LiFは、非遷移金属の無機金属被覆のための適切な例である。緻密で完全に被覆されたLiF表面は、PVDFベースの製造経路によって達成することができる。そのメカニズムの詳細は、同時に係属している出願のPCT/EP2010/006352に記載されている。導電性を顕著に低下させるためには薄すぎる被覆層であっても、Li拡散を妨げる。電気絶縁性シェルは、十分なイオン伝導性を有している必要がある。シェルが遷移金属ベースでない場合(LiF被覆の場合)、イオン伝導性は低すぎ、カソードは十分に作用しない。
Comparative Example 8:
This example shows that insulating cathode materials with good performance are very difficult or impossible to achieve with inorganic coatings that are not based on transition metals. LiF is a suitable example for inorganic metal coatings of non-transition metals. A dense and fully coated LiF surface can be achieved by a PVDF-based manufacturing path. Details of the mechanism are described in the co-pending application PCT / EP2010 / 006352. Even a coating layer that is too thin to significantly reduce conductivity prevents Li diffusion. The electrically insulating shell needs to have sufficient ionic conductivity. If the shell is not based on a transition metal (LiF coating), the ionic conductivity is too low and the cathode does not work well.

LiF被覆されたLiCoO2は、以下の方法で製造する:リチウムコバルト酸化物材料の製造試験体をカソード前駆体として使用する。その組成は、平均粒径17μmを有する、1モル%のMgドープされたLiCoO2である。この前駆体粉末1000gおよびPVDF粉末10g(1質量%)を、Henschelタイプのミキサーを使用して慎重に混合する。同様にして、3分の1の量のPVDF(0.3質量%)を使用して、別の試験体を製造する。最終的な試験体(150g)は、空気中での熱処理により製造する。300℃および350℃で9時間の熱処理の間に、当初、PDVFが溶融し、かつ表面を完全に濡らすこととなる。次いでPVDFの分解が進行し、かつフッ素がリチウムと反応して緻密なLiF層が形成される。1質量%のPVDFは、約3モル%のLiFに相応する。 LiF coated LiCoO 2 is produced by the following method: A production specimen of lithium cobalt oxide material is used as the cathode precursor. Its composition is 1 mol% Mg-doped LiCoO 2 with an average particle size of 17 μm. 1000 g of this precursor powder and 10 g (1% by weight) of PVDF powder are carefully mixed using a Henschel type mixer. Similarly, another specimen is produced using a third amount of PVDF (0.3% by weight). The final specimen (150 g) is produced by heat treatment in air. During a 9 hour heat treatment at 300 ° C. and 350 ° C., initially the PDVF melts and completely wets the surface. Subsequently, the decomposition of PVDF proceeds, and fluorine reacts with lithium to form a dense LiF layer. 1 wt% PVDF corresponds to about 3 mol% LiF.

LiF層は、300℃で完全に発達する(比較例8b)。コイン電池試験は、極めて低い性能を示している。容量は極めて小さく、かつ極端な極性化が観察される。これらの結果は、劣ったコイン電池調製物の結果ではなく(2つの電池が同一の結果を示している)、別の試験体を用いて数回再現されている。はるかに少ないPVDFを使用する場合(0.3質量%)、完全な容量が達成されるが、しかし試験体は依然として極端な極性化を示す(比較例8d)。しかし、被覆層が低い導電性を達成するためには薄すぎるか、または弱すぎる。劣ったサイクルデータは、150℃で製造した試験体(1質量%のPVDFを使用:比較例8a)と比較することができ、この場合、PVDFは溶融するが、反応しないのでLiFの形成は生じず、かつその結果として、はるかに高い容量とレート性能が達成される。第10表は、そのデータをまとめたものであり、かつ図10は、第一の充電・放電(C/10レート)を比較している。似たような結果が、その他の無機遷移金属不含の被覆においても得られる。明らかに、LiFの無機層は、完全に表面を閉じているので、Liは、電解質の固体界面をわたって浸透することができない。この状況は、本発明の実施態様では全く異なっており、この場合、絶縁性シェルは、高いイオン伝導性を有しており、これは大きなレート性能によって証明されている。   The LiF layer is fully developed at 300 ° C. (Comparative Example 8b). The coin cell test shows very low performance. The capacity is very small and extreme polarization is observed. These results are not the results of the inferior coin battery preparation (the two batteries show the same result) but have been reproduced several times using different specimens. When much less PVDF is used (0.3% by weight), full capacity is achieved, but the specimen still shows extreme polarization (Comparative Example 8d). However, the coating layer is too thin or too weak to achieve low conductivity. The inferior cycle data can be compared with a test specimen produced at 150 ° C. (using 1% by weight of PVDF: Comparative Example 8a), in which case PVDF melts but does not react, thus forming LiF. And as a result, much higher capacity and rate performance is achieved. Table 10 summarizes the data, and FIG. 10 compares the first charge / discharge (C / 10 rate). Similar results are obtained with other inorganic transition metal-free coatings. Clearly, the LiF inorganic layer is completely closed so that Li cannot penetrate across the solid interface of the electrolyte. This situation is quite different in the embodiments of the present invention, where the insulating shell has a high ionic conductivity, which is evidenced by a large rate performance.

例9
この例は、島により被覆されたマグネシウムおよびアルミニウムドープされ、電子絶縁性特性を有するLiCoO2が、コイン電池中で、優れたサイクル安定性を有することを示すものである。
Example 9
This example shows that LiCoO 2 doped with magnesium and aluminum coated with islands and having electronic insulating properties has excellent cycle stability in coin cells.

例9(Ex9)の製造
1モル%のマグネシウムおよび1モル%のアルミニウムドープされた、四酸化コバルト(Co34)粉末を、LiCoO2のための前駆体として使用する(Umicore(韓国)からの市販品)。マグネシウムおよびアルミニウムドープされたLiCoO2(LCO−6と表記)は、標準的な高温固相合成を用いて、前駆体とLi2CO3とを混合することによって得られ、20μmの平均粒径が達成される。Ex9は、95:5のモル比でのLCO−6とMOOH(M=Ni0.55Mn0.30Co0.15)とを焼結し、かつ適切な炭酸リチウムを添加することによりパイロットラインで製造され、5×10-8S/cm未満の導電性が達成される。Ex9の平均粒径は20μmである。この場合、63MPaの適用電圧下での導電性は、4.40×10-8S/cmと測定される。Ex9のコイン電池の性能は、第11表に記載されており、優れた電気化学的特性を示している。
Example 9 (Ex9) Preparation 1 mol% magnesium and 1 mol% aluminum doped cobalt tetroxide (Co 3 O 4 ) powder is used as a precursor for LiCoO 2 (from Umicore, Korea) Commercial products). Magnesium and aluminum doped LiCoO 2 (designated LCO-6) is obtained by mixing the precursor and Li 2 CO 3 using standard high temperature solid phase synthesis and has an average particle size of 20 μm. Achieved. Ex9 is produced in a pilot line by sintering LCO-6 and MOOH (M = Ni 0.55 Mn 0.30 Co 0.15 ) in a 95: 5 molar ratio and adding appropriate lithium carbonate. Conductivity of less than 10 -8 S / cm is achieved. The average particle size of Ex9 is 20 μm. In this case, the conductivity under an applied voltage of 63 MPa is measured as 4.40 × 10 −8 S / cm. The performance of the Ex9 coin cell is listed in Table 11 and exhibits excellent electrochemical properties.

圧縮密度は、得られた粉末に1.58トン/cm2を適用して測定される。圧縮密度は高く、3.82g/cm3であり、この高い値は、良好な電気化学的性能と共に、これらのカソードがハイエンドユース用電池にとって優れた候補であることを示している。 The compression density is measured by applying 1.58 ton / cm 2 to the obtained powder. The compression density is high, 3.82 g / cm 3 , and this high value, together with good electrochemical performance, indicates that these cathodes are excellent candidates for high end use batteries.

例10:高レート性能材料
高レート性能材料は、高い電子伝導性とイオン伝導性とを組み合わせたものであるべきであることが受け入れられている。後者は通常、粒径を低減し、かつ粒子の比表面積(BET)を増大して、粒子内でのリチウムの拡散を容易にすることにより達成される。しかし比表面積の増大は、電解質の酸化を促進し、安全性の問題を生じるために望ましいことではなく、その実地での適用をさらに限定するものである。
Example 10: High Rate Performance Material It is accepted that a high rate performance material should be a combination of high electronic and ionic conductivity. The latter is usually achieved by reducing the particle size and increasing the specific surface area (BET) of the particle to facilitate lithium diffusion within the particle. However, the increase in specific surface area is not desirable because it promotes oxidation of the electrolyte and creates safety problems, further limiting its practical application.

この例は、同時焼結されるLiCoO2のレート性能および高電圧安定性を示すものであり、前記の例よりも小さい粒径を特徴とし、導電性が低減する場合に増大し、その際、同時にBET値は、1m2/gであってよく、かつこの場合、0.4m2/gであってよい。同時焼結されたLiCoO2の強化された性能は、リチウムの化学量論を制御することにより達成される。 This example demonstrates the rate performance and high voltage stability of co-sintered LiCoO 2 , characterized by a smaller particle size than the previous example, and increases when conductivity is reduced, At the same time, the BET value may be 1 m 2 / g and in this case 0.4 m 2 / g. The enhanced performance of co-sintered LiCoO 2 is achieved by controlling the lithium stoichiometry.

LCO−10の製造:LiCoO2(LCO−10と表記)は、標準的な高温固相合成を用いて、Co34とLi2CO3とを混合することにより得られ、6.1μmの平均粒径が達成される。 Production of LCO-10: LiCoO 2 (denoted LCO-10) is obtained by mixing Co 3 O 4 and Li 2 CO 3 using standard high temperature solid phase synthesis, with a 6.1 μm Average particle size is achieved.

例10の製造:最終的なカソード粉末材料は、95.3質量%のLiCoO2(LCO−10)と、4.70質量%のMOOHの混合された遷移金属オキシ水酸化物(M=Ni0.55Mn0.30Co0.15)およびあらかじめ規定された量のLi2CO3とを混合することにより製造される。例10a、10b、10cおよび10dは、第12表の記載に従って製造され、かつ十分に混合して均一な原料混合物を製造する。この混合物をアルミナるつぼに装入し、かつ1000℃で8時間、一定の空気流下で加熱する。冷却後、得られる粉末を分級して最終的な平均粒径6.6μmが達成される。粉末の特性を測定し、第13表に記載する。 Preparation of Example 10: The final cathode powder material was a transition metal oxyhydroxide (M = Ni 0.55 ) mixed with 95.3% by weight LiCoO 2 (LCO-10) and 4.70% by weight MOOH. Mn 0.30 Co 0.15 ) and a predefined amount of Li 2 CO 3 . Examples 10a, 10b, 10c and 10d are prepared according to the description in Table 12 and are mixed well to produce a uniform feed mixture. This mixture is charged into an alumina crucible and heated at 1000 ° C. for 8 hours under constant air flow. After cooling, the resulting powder is classified to achieve a final average particle size of 6.6 μm. The powder properties were measured and are listed in Table 13.

カソード材料をさらに、電気化学的特性決定のためにコイン電池に装着した。カソード電極の活性材料負荷量は、約4mg/cm2である。この例において、および以下では、放電レート電流を決定するために、10Cおよび20Cレート性能を4.4Vで、160mAh/gの比容量を使用して測定した。これらの試験のパラメータは以下に記載されている:
The cathode material was further mounted on a coin cell for electrochemical characterization. The active material loading of the cathode electrode is about 4 mg / cm 2 . In this example, and below, 10C and 20C rate performance was measured at 4.4V using a specific capacity of 160 mAh / g to determine the discharge rate current. The parameters for these tests are listed below:

データ分析に関して以下の定義を使用する:Q:容量、D:放電、C:充電、その後ろの数字はサイクル回数を示す数字である。   The following definitions are used for data analysis: Q: capacity, D: discharge, C: charge, and the numbers after it are the numbers indicating the number of cycles.

−初期の放電容量DQ1は、0.1Cにおいて、4.4V〜3.0Vの範囲での最初のサイクルの間に測定される、
−レート性能は、DQi/DQ1×100であり、その際、レートは、i=2に関しては1C、i=3に関しては5C、i=4に関しては10C、i=5に関しては15C、およびi=6に関しては20Cである、
−不可逆容量Qirr(%)は、(CQ1−DQ1)/CQ1×100である、
−100サイクルあたりの1Cにおける容量損失レートQfad.は、(1−DQ56/DQ7)×2である、および
−エネルギー損失率:放電容量QDに代えて、放電エネルギー(容量×平均放電電圧)を使用する。
The initial discharge capacity DQ1 is measured during the first cycle in the range of 4.4V to 3.0V at 0.1C,
The rate performance is DQi / DQ1 × 100, where the rate is 1C for i = 2, 5C for i = 3, 10C for i = 4, 15C for i = 5, and i = 6 is 20C,
The irreversible capacity Qirr (%) is (CQ1-DQ1) / CQ1 × 100.
-Capacity loss rate at 1C per 100 cycles Qfad. Is (1−DQ56 / DQ7) × 2, and energy loss rate: instead of the discharge capacity QD, discharge energy (capacity × average discharge voltage) is used.

第14表は、4.4Vでの例10a〜10d、およびLCO−10のレート性能をまとめたものである。導電性との関数としての例10a〜10d、およびLCO−10の20Cのレート性能の評価は、図11に示されている。   Table 14 summarizes the rate performance of Examples 10a-10d and LCO-10 at 4.4V. Evaluation of the rate performance of Examples 10a-10d as a function of conductivity and 20C for LCO-10 is shown in FIG.

導電性の低減に関して、より良好な10Cおよび20Cレート性能が得られていることが明らかに観察される。例10a〜10dの20Cでの平均放電電圧は、LCO−10と比較して、少なくとも0.1V顕著に増大する。10Cおよび20Cのレート容量の増大、および20Cの平均放電電圧の増大を特徴付ける材料は極めて望ましい。というのは、これらはより高い電気エネルギー(Wh/g)を生じるからであり、かつ高い圧縮密度と組み合わされると、より高い体積エネルギー(Wh/L)を生じるからである。例10a〜10dに例示されているようなこのような材料は、高電力を要求する適用、たとえば電動車両および電動ツールのための好適な候補である。   It is clearly observed that better 10C and 20C rate performance is obtained with respect to reduced conductivity. The average discharge voltage at 20C of Examples 10a to 10d is significantly increased by at least 0.1 V compared to LCO-10. Materials that characterize the 10C and 20C rate capacity increases and the 20C average discharge voltage increase are highly desirable. This is because they produce higher electrical energy (Wh / g) and, when combined with high compression density, produce higher volumetric energy (Wh / L). Such materials as illustrated in Examples 10a-10d are suitable candidates for applications requiring high power, such as electric vehicles and electric tools.

例10a、10c、および10d、ならびにLCO−10の高電圧性能は、第15表に示されている。   The high voltage performance of Examples 10a, 10c, and 10d, and LCO-10 is shown in Table 15.

導電性と、1Cでの4.5Vにおけるエネルギー損失率との関係は、図12に記載されている。例10a〜10dの導電性は、初期状態のLCO−10のものよりも3〜4桁小さい。例10a〜10dの高電圧1Cレート性能、容量損失およびエネルギー損失率は、LCO−10と比較して劇的に改善される。例10a〜10dに関して、導電性はリチウムの添加により増大する。同時に、容量損失およびエネルギー損失率の両方が損なわれる。抵抗性の低減は、4.5Vの安定性の改善およびレート性能と十分に相関する。例10a、b、cおよびdは、絶縁性材料であり、かつ本発明の実施態様の例である。   The relationship between conductivity and the energy loss rate at 4.5V at 1C is shown in FIG. The conductivity of Examples 10a-10d is 3-4 orders of magnitude less than that of LCO-10 in the initial state. The high voltage 1C rate performance, capacity loss and energy loss rate of Examples 10a-10d are dramatically improved compared to LCO-10. For Examples 10a-10d, the conductivity increases with the addition of lithium. At the same time, both capacity loss and energy loss rate are compromised. The reduction in resistance correlates well with the 4.5V stability improvement and rate performance. Examples 10a, b, c and d are insulating materials and are examples of embodiments of the present invention.

例11:高レート性能材料
この例は、同時焼結されたLiCoO2のレート性能および高電圧安定性は、導電性が低減し、同時にBET値が1m2/gより低く、かつこの場合には0.4m2/gより低い場合に増大することを示すものである。例11の強化された性能は、リチウムの化学量論を制御することにより達成される。
Example 11: High Rate Performance Material This example shows that the rate performance and high voltage stability of co-sintered LiCoO 2 has reduced conductivity and at the same time a BET value below 1 m 2 / g and in this case It shows an increase when it is lower than 0.4 m 2 / g. The enhanced performance of Example 11 is achieved by controlling the lithium stoichiometry.

例11の製造:カソード粉末材料は、95.3質量%のLiCoO2(LCO−10)と、4.70質量%のMOOHの混合された遷移金属オキシ水酸化物(M=Ni0.55Mn0.30Co0.15)と混合することにより製造される。炭酸リチウムの添加は、10-7S/cm未満の導電性を達成するために決定される。混合物50kgを、十分に混合して均一な配合物を形成し、アルミナるつぼに装入し、かつ次いで1000℃で8時間、一定した空気流の下で加熱する。冷却後、得られる粉末を分級して、最終的な平均粒径6.6μmが達成される。例11の圧縮密度は、3.4g/cm3である。粉末の特性を測定し、かつ第16表に記載する。 Preparation of Example 11: The cathode powder material was a transition metal oxyhydroxide (M = Ni 0.55 Mn 0.30 Co) mixed with 95.3% by mass LiCoO 2 (LCO-10) and 4.70% by mass MOOH. Manufactured by mixing with 0.15 ). The addition of lithium carbonate is determined to achieve a conductivity of less than 10 -7 S / cm. 50 kg of the mixture is thoroughly mixed to form a uniform formulation, charged into an alumina crucible, and then heated at 1000 ° C. for 8 hours under constant air flow. After cooling, the resulting powder is classified to achieve a final average particle size of 6.6 μm. The compression density of Example 11 is 3.4 g / cm 3 . The properties of the powder were measured and listed in Table 16.

カソード材料をさらに、コイン電池中に装着し、電気化学的特性決定を行った。第17表は、4.4Vにおける例11およびLCO−10のレート性能をまとめたものである。   The cathode material was further mounted in a coin cell and subjected to electrochemical characterization. Table 17 summarizes the rate performance of Example 11 and LCO-10 at 4.4V.

導電性の低減に関して、より良好な10Cおよび20Cレート性能が得られることが明らかに観察される。例11の20Cでの平均放電電圧は、LCO−10と比較して、少なくとも0.16V顕著に増大する。   It is clearly observed that better 10C and 20C rate performance is obtained with respect to reduced conductivity. The average discharge voltage at 20C of Example 11 is significantly increased by at least 0.16V compared to LCO-10.

例11の4.6Vおよび4.5Vの高電圧性能は、第18表に示されている。例11の導電性は、初期状態のLCO−10よりも3〜4桁低い。例11の高電圧の1Cレート性能、容量損失およびエネルギー損失率は、LCO−10と比較して劇的に改善されている。   The high voltage performance of 4.6V and 4.5V of Example 11 is shown in Table 18. The conductivity of Example 11 is 3-4 orders of magnitude lower than the initial LCO-10. The high voltage 1C rate performance, capacity loss and energy loss rate of Example 11 are dramatically improved compared to LCO-10.

例11の抵抗性の低減は、4.6Vおよび4.5Vの安定性改善および10Cおよび20Cレート性能の増大と十分に相関している。例11は、絶縁性カソード材料であり、かつ本発明の実施態様の例を提供するものである。   The reduction in resistance of Example 11 correlates well with the 4.6V and 4.5V stability improvements and the 10C and 20C rate performance increases. Example 11 is an insulating cathode material and provides an example of an embodiment of the present invention.

上記では、本発明の特定の実施態様および/または詳細を示し、かつ記載して本発明の原理の適用を説明してきたが、本発明は、特許請求の範囲により詳細に記載されているとおりに、または当業者に公知のその他の方法によっても(任意の、および全ての等価物を含めて)実施することができるものであると理解すべきであり、そのような実施によって本発明の原理から離れるものではない。   Although the foregoing has shown and described specific embodiments and / or details of the invention, the application of the principles of the invention has been illustrated and described as more fully described in the claims. Or any other method known to those skilled in the art (including any and all equivalents) and should be understood from such principles to be used in accordance with the principles of the present invention. It does not leave.

Claims (12)

再充電可能な電池におけるカソード材料として使用するためのリチウム金属酸化物粉末であって、前記リチウム金属酸化物は一般式xLiCoO2・(1−x)Myz [式中、0.1<x<1、0.5<z/y≦2であり、かつMはLiおよびM′からなり、M′=NiaMnbCocTidMgeであり、a+b+c+d+e=1、a+b>0.5、およびc≧0、d≧0、e>0である]を有しており、該粉末はさらに、Mgを、またはMgと、Alおよび/またはTiとをドーパントとして0.1〜1モル%含有しており、該粉末は、25℃においてC/10の放電レートで3.0〜4.5V対Li+/Liでサイクルが行われるカソード中の活物質として使用した場合に、少なくとも180mAh/gの可逆電極容量を有しており、かつ該粉末は、25℃において63.7MPaで圧縮した場合に10-5S/cm未満の導電性を有しており、かつ該粉末はコアとシェルとからなり、その際、コアは1×10-3S/cm超の導電性を有し、かつシェルは1×10-6S/cm未満の導電性を有し、該粉末は、MnおよびNiを有するLiCoO2粒子を含有し、粒子はその表面上にMnおよびNiが富化された複数の島を有しており、島は粒子のバルク中よりも高いMnおよびNi濃度を有しており、かつ島は少なくとも5モル%のMnを含有している、リチウム金属酸化物粉末。 Lithium metal oxide powder for use as a cathode material in a rechargeable battery, wherein the lithium metal oxide has the general formula xLiCoO 2. (1-x) M y O z wherein 0.1 < x <a 1,0.5 <z / y ≦ 2, and M is 'made, M' Li and M = Ni a Mn b Co a c Ti d Mg e, a + b + c + d + e = 1, a + b> 0. 5 and c ≧ 0, d ≧ 0, e> 0], and the powder further comprises Mg or Mg and Al and / or Ti as dopants . When used as an active material in a cathode that is cycled at 3.0 to 4.5 V vs. Li + / Li at a C / 10 discharge rate at 25 ° C. And a reversible electrode capacity of at least 180 mAh / g, and the powder has a conductivity of less than 10 −5 S / cm when compressed at 63.7 MPa at 25 ° C., and The powder comprises a core and a shell, wherein the core has a conductivity greater than 1 × 10 −3 S / cm and the shell has a conductivity less than 1 × 10 −6 S / cm, The powder contains LiCoO 2 particles with Mn and Ni, the particles have multiple islands enriched in Mn and Ni on their surface, the islands being higher than in the bulk of the particles. And the island has at least 5 mol% Mn Containing lithium metal oxide powder. MnおよびNiが富化された島が、少なくとも100nmの厚さを有し、かつMnおよびNiを有するLiCoO2粒子の表面の70%未満を覆っている、請求項1記載のリチウム金属酸化物粉末。 The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein the islands enriched with Mn and Ni have a thickness of at least 100 nm and cover less than 70% of the surface of the LiCoO 2 particles with Mn and Ni. . 島におけるMn濃度が、MnおよびNiを有するLiCoO2粒子のバルク中のMn濃度よりも少なくとも4モル%高い、請求項1または2記載のリチウム金属酸化物粉末。 3. The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein the Mn concentration in the island is at least 4 mol% higher than the Mn concentration in the bulk of the LiCoO 2 particles having Mn and Ni. MnおよびNiが富化された島におけるNi濃度が、MnおよびNiを有するLiCoO2粒子のバルク中のNi濃度よりも少なくとも2モル%高い、請求項1から3までのいずれか1項記載のリチウム金属酸化物粉末。 Lithium according to any one of claims 1 to 3, wherein the Ni concentration in the Mn and Ni-enriched island is at least 2 mol% higher than the Ni concentration in the bulk of the LiCoO 2 particles with Mn and Ni. Metal oxide powder. MnおよびNiを有するLiCoO2粒子が、少なくとも3モル%のNiおよびMnの両方を含有する、請求項1から4までのいずれか1項記載のリチウム金属酸化物粉末。 Lithium metal oxide powder according to any one of claims 1 to 4, wherein the LiCoO 2 particles with Mn and Ni contain at least 3 mol% of both Ni and Mn. MnおよびNiを有するLiCoO2粒子の粒径分布が、10μmより大きいd50を有する、請求項1から5までのいずれか1項記載のリチウム金属酸化物粉末。 6. The lithium metal oxide powder according to claim 1, wherein the particle size distribution of LiCoO 2 particles having Mn and Ni has a d50 greater than 10 μm. Be、B、Ca、Zr、S、FおよびPからなる群から選択される1もしくは複数のドーパントを、1モル%未満含有する、請求項1から6までのいずれか1項記載のリチウム金属酸化物粉末。   The lithium metal oxidation according to any one of claims 1 to 6, which contains less than 1 mol% of one or more dopants selected from the group consisting of Be, B, Ca, Zr, S, F and P. Powder. 少なくとも3.5g/cm3の圧縮密度を有する、請求項1から7までのいずれか1項記載のリチウム金属酸化物粉末。 Having a compression density of at least 3.5 g / cm 3, the lithium metal oxide powder of any one of claims 1 to 7. 少なくとも3.7g/cm3の圧縮密度を有する、請求項1から8までのいずれか1項記載のリチウム金属酸化物粉末。 The lithium metal oxide powder according to any one of claims 1 to 8, which has a compression density of at least 3.7 g / cm 3 . 請求項1から9までのいずれか1項記載のリチウム金属酸化物粉末を活物質として含有しているカソードを有する電気化学的電池。   An electrochemical cell having a cathode containing the lithium metal oxide powder according to any one of claims 1 to 9 as an active material. 再充電可能な電池におけるカソード材料としての混合物の形の請求項1から9までのいずれか1項記載のリチウム金属酸化物粉末の使用であって、該混合物はさらに導電性添加剤を含有している、請求項1から9までのいずれか1項記載のリチウム金属酸化物粉末の使用。   Use of a lithium metal oxide powder according to any one of claims 1 to 9 in the form of a mixture as cathode material in a rechargeable battery, the mixture further comprising a conductive additive. Use of the lithium metal oxide powder according to any one of claims 1 to 9. 混合物が、少なくとも1質量%の導電性添加剤を含有している、請求項11記載の使用。   12. Use according to claim 11, wherein the mixture contains at least 1% by weight of a conductive additive.
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