JP6307127B2 - リン酸リチウム系正極活物質の製造方法 - Google Patents
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Description
(溶液A)リチウム化合物、リン酸化合物、及び水Aを含有し、リチウムとリンとのモル比(Li:P)が1:x(x=1〜3)であり、かつ水Aとリチウムとのモル比(水A:Li)が80:1〜1400:1である溶液
(溶液B)マンガン化合物及び/又は鉄化合物、並びに水Bを含有し、かつ水Bとマンガン及び鉄の合計量とのモル比(水B:(Mn+Fe))が13:1〜100:1である溶液
を混合して、混合液Xを得る工程、
(II)得られた混合液Xにアルカリを添加して、アルカリとマンガン及び鉄の合計量とのモル比(アルカリ:(Mn+Fe))が、3:2〜4:1であるスラリー液Yを得る工程、
(III)得られたスラリー液Yを分離して、固形分を焼成する工程
を備える、水熱反応工程を介さないリン酸リチウム系正極活物質の製造方法を提供するものである。
本発明のリン酸リチウム系正極活物質の製造方法は、(I)次の溶液A、及び溶液B:
(溶液A)リチウム化合物、リン酸化合物、及び水Aを含有し、リチウムとリンとのモル比(Li:P)が1:x(x=1〜3)であり、かつ水Aとリチウムとのモル比(水A:Li)が80:1〜1400:1である溶液
(溶液B)マンガン化合物及び/又は鉄化合物、並びに水Bを含有し、かつ水Bとマンガン及び鉄の合計量とのモル比(水B:(Mn+Fe))が13:1〜100:1である溶液
を混合して、混合液Xを得る工程、
(II)得られた混合液Xにアルカリを添加して、アルカリとマンガン及び鉄の合計量とのモル比(アルカリ:(Mn+Fe))が、3:2〜4:1であるスラリー液Yを得る工程、
(III)得られたスラリー液Yを分離して、固形分を焼成する工程
を備える、水熱反応工程を介さない製造方法である。
このように、所定の原料化合物が良好に溶解した溶液を用いつつ、特定のアルカリを添加することで活物質の前駆体を効率的かつ効果的に得ることができるので、水熱反応工程を介さずともリン酸リチウム系正極活物質を製造することが可能となり、高温域へ到達させるための加熱処理に要する処理装置も省略することができ、製造方法の簡略化を図ることができる。
(溶液A)リチウム化合物、リン酸化合物、及び水Aを含有し、リチウムとリンとのモル比(Li:P)が1:x(x=1〜3)であり、かつ水Aとリチウムとのモル比(水A:Li)が80:1〜1400:1である溶液
(溶液B)マンガン化合物及び/又は鉄化合物、並びに水Bを含有し、かつ水Bとマンガン及び鉄の合計量とのモル比(水B:(Mn+Fe))が13:1〜100:1である溶液
を混合して、混合液Xを得る。
かかるリン酸リチウム系正極活物質の前駆体(粉末)は、具体的には、例えば下記式(I)で表わされる。
LiFeaMnbMcPO4 ・・・(I)
(式(I)中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Co、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGd、0≦a≦1、0≦b≦1、及び0≦c≦0.3であり、かつaとbは同時に0ではない)
本発明の正極材料を適用できるリチウムイオン電池としては、正極と負極と電解液とセパレータを必須構成とするものであれば特に限定されない。
このようにして得られるリチウムイオン電池は、S源が効果的に低減され、かつ微細化されたリン酸リチウム系正極活物質を正極材料として含有するため、揮発性ガスが発生することのない高い安全性を有する高性能な電池である。
蒸留水A 100gにLiCO3 1.847g(関東化学社製 鹿特級、0.025mol)、及びH3PO4 5.765g(和光純薬社製 一級、純度85%、0.05mol)を添加し、20℃で30分間撹拌して溶液Aを得た。他方、蒸留水B 30gにMnSO4・5H2O 8.438g(関東化学社製 特級、0.035mol)、及びFeSO4・7H2O 4.17g(関東化学社製 特級、0.015mol)を添加し、20℃で15分間撹拌して溶液Bを得た。次いで、溶液Aに溶液Bを添加して20℃で5分間撹拌して混合液Xを得た後、かかる混合液XにNaOH 8.333g(旭硝子 一般工業用 濃度48質量%、0.1mol)を50mL/分の速度で添加した。添加と同時に結晶が析出し、さらに30℃で10分間撹拌してスラリー液Y(pH8.5)を得た。
得られた粉末の平均結晶子径について、XRDの10°〜80°(2θ−Cukα)の回折線の半値幅を元に、シェラーの式で算出したところ、110nmであり、異相の存在も確認されなかった。また、BET比表面積を測定したところ、22.4m2/gであった。
LiCO3 1.847g(0.025mol)の代わりに、LiOH・H2O(関東化学社製 鹿特級、2.098g(0.05mol)を用いた以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.3Mn0.7PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
混合液Xに添加するNaOHを16.666g(0.2mol)とした以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.3Mn0.7PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
混合液Xに添加するNaOHを6.25g(0.075mol)とした以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.3Mn0.7PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
溶液Bを得るにあたり、MnSO4・5H2Oを10.849g(0.045mol)、FeSO4・7H2Oを1.39g(0.005mol)とした以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.1Mn0.9PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
溶液Bを得るにあたり、MnSO4・5H2Oを1.205g(0.005mol)、FeSO4・7H2Oを12.51g(0.045mol)とした以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.1Mn0.9PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
溶液Aを得るにあたり、蒸留水Aを1000gとした以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.3Mn0.7PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
溶液Bを得るにあたり、蒸留水Bを15gとした以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.3Mn0.7PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
溶液Aを得るにあたり、蒸留水Aを10gとした以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.3Mn0.7PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
溶液Bを得るにあたり、蒸留水Bを15gとし、かつ混合液Xに添加するNaOHを4.167g(0.05mol)とした以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.3Mn0.7PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
溶液Bを得るにあたり、蒸留水Bを10gとした以外、実施例1と同様にして粉末(LiFe0.3Mn0.7PO4)を得た後、カーボンコートされたリン酸マンガンリチウム正極活物質を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
蒸留水30gにLiOH・H2O 6.249gを添加して5分間攪拌した後、H3PO4 5.765gを添加し、30分間攪拌してLi3PO4含有スラリーを得た。次いで、MnSO4・5H2O 8.438g(0.035mol)、及びFeSO4・7H2O 4.170g(0.015mol)を添加し、15分攪拌して前駆体スラリーを得た。得られた前駆体スラリーを200mL耐圧オートクレーブに投入し、170℃1時間加熱保持し、水熱反応を行った。これを自然冷却した後、ブフナー漏斗を用いて固液分離及び洗浄を行った。その後、80℃の恒温槽中で12時間乾燥させ、LiMn0.7Fe0.3PO4粉末を得た。
得られた粉末のXRDによる異相の有無の確認結果とともに、平均結晶子径、及びBET比表面積の測定結果について、表1に示す。
得られた各正極活物質、ケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデンを重量比90:3:7の配合割合で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
得られた放電容量の結果を表1に示す。
Claims (6)
- (I)次の溶液A、及び溶液B:
(溶液A)リチウム化合物、リン酸化合物、及び水Aを含有し、リチウムとリンとのモル比(Li:P)が1:x(x=1〜3)であり、かつ水Aとリチウムとのモル比(水A:Li)が80:1〜1400:1である溶液
(溶液B)マンガン化合物及び/又は鉄化合物、並びに水Bを含有し、かつ水Bとマンガン及び鉄の合計量とのモル比(水B:(Mn+Fe))が13:1〜100:1である溶液
を混合して、混合液Xを得る工程、
(II)得られた混合液Xにアルカリを添加して、アルカリとマンガン及び鉄の合計量とのモル比(アルカリ:(Mn+Fe))が、3:2〜4:1であるスラリー液Yを得る工程、
(III)得られたスラリー液Yを分離して、固形分を焼成する工程
を備える、水熱反応工程を介さないリン酸リチウム系正極活物質の製造方法。 - 混合液Xにおいて、リチウムと水A及び水Bの合計モル量とのモル比(リチウム:(水A+水B))が、1:90〜1:1500である請求項1に記載のリン酸リチウム系正極活物質の製造方法。
- 溶液Bにおけるマンガンと鉄とのモル比(Mn:Fe)が、y:1−y(0≦y≦1)である請求項1又は2に記載のリン酸リチウム系正極活物質の製造方法。
- アルカリが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、又はアンモニア水から選ばれる請求項1〜3のいずれか1項に記載のリン酸リチウム系正極活物質の製造方法。
- 工程(III)における焼成の温度が、600〜900℃である請求項1〜4のいずれか1項に記載のリン酸リチウム系正極活物質の製造方法。
- リン酸リチウム系正極活物質が、式(I):
LiFeaMnbMcPO4 ・・・(I)
(式(I)中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Co、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGd、0≦a≦1、0≦b≦1、及び0≦c≦0.3であり、かつaとbは同時に0ではない)
で表される請求項1〜5のいずれか1項に記載のリン酸リチウム系正極活物質の製造方法。
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