JP6378718B2 - 蓄電装置用正極活物質の作製方法 - Google Patents
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Description
の電源として広く用いられている。また、環境問題やエネルギー問題の認識の高まりから
リチウムイオン二次電池を搭載した電気推進車両の開発も急速に進んでいる。
LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、LiNiPO4など)が知られてい
る。しかし、リン酸化合物は、その構造から充電容量が制限され、動作電圧が高いという
問題がある。そのため、同じオリビン構造を有しつつも、理論充電容量が高いことからシ
リケート系(ケイ酸)化合物(LiFeSiO4、LiMnSiO4など)を正極活物質
として用いることが提案されている。
)リチウム化合物(LiFeSiO4、LiMnSiO4など)の合成方法としては、水
熱合成法と固相反応法が知られている。水熱合成法は、化合物の微粒子化を図ることが可
能であるが、量産が可能であり、低コスト化を図ることが可能な固相反応法が好ましい。
の材料を混合してなる混合材料の高温での長時間処理が必要となるが、その結果、合成さ
れた化合物の結晶粒径が大きくなり、正極活物質として重要である電子伝導性の低下、及
び容量特性の低下などの問題を有しており、さまざまな研究がなされている。
物質であるシリケート系リチウム化合物の作製方法であって、容量特性、及び電子伝導性
の向上を図ることができる蓄電装置用正極活物質であるシリケート系リチウム化合物の作
製方法を提供する。
理した後、粉砕処理を行い、炭素系材料を加えて再度熱処理を行うことにより、混合材料
に含まれる物質間の反応性を高め、結晶性を良好にすると共に、高温処理により大きく成
長した結晶粒径の微粒子化、および結晶性の回復を図りつつ、結晶化した混合材料の粒子
表面に炭素を担持させることができる蓄電装置用正極活物質の作製方法である。
ルから選ばれる金属元素を含む化合物と、珪素を含む化合物と、を混合してなる混合材料
に第1の熱処理をし、第1の熱処理後に混合材料を粉砕処理し、混合材料に炭素系材料を
添加して混合し、第1の熱処理よりも低温で第2の熱処理をすることを特徴とする蓄電装
置用正極活物質の作製方法である。
熱処理は400℃以上900℃以下であることを特徴とする。
熱処理の温度は、熱処理を行う毎に順に高温とすることを特徴とする。
たは多糖類のいずれかであることを特徴とする。
物質であるシリケート系リチウム化合物を作製するにもかかわらず、得られたシリケート
系リチウム化合物の微粒子化を図ることが可能である。また、微粒子化されたシリケート
系リチウム化合物の結晶性の回復を図ると共に結晶化した混合材料の粒子表面に炭素を担
持させることが可能である。これにより、蓄電装置用正極活物質におけるリチウムの脱挿
入を容易にすると共に電子伝導性を向上させることができるため、容量特性および電子伝
導性に優れた蓄電装置用正極活物質を提供することができる。
の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細
を様々に変更し得ることが可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内
容に限定して解釈されるものではない。
本実施の形態では、蓄電装置用正極活物質の作製方法の一例について説明する。より具
体的には、本実施の形態では、固相反応法による一般式Li2MSiO4で表されるケイ
酸リチウム化合物を含む蓄電装置用正極活物質の作製方法の一例について説明する。
ト(Co)、ニッケル(Ni)等の遷移金属から選ばれた一以上を示す。
iの供給源となるシリコンを含む化合物と、Mの供給源となる遷移金属、例えばマンガン
、鉄、コバルトまたはニッケルから選ばれる遷移金属元素を含む化合物とを混合し、混合
材料を形成する。
ム(Li2O)、および過酸化リチウム(Li2O2)等のリチウム塩を用いることがで
きる。
等)を用いることができる。また、シリコン(Si)を用いることもできる。
びシリコンを含む化合物を兼ねる物質として用いることができる。
(MnO)、酸化コバルト(CoO)、及び酸化ニッケル(NiO)等の酸化物、または
、シュウ酸鉄(II)二水和物(FeC2O4・2H2O)、シュウ酸マンガン(II)
二水和物(MnC2O4・2H2O)、シュウ酸コバルト(II)二水和物(CoC2O
4・2H2O)、及びシュウ酸ニッケル(II)二水和物(NiC2O4・2H2O)等
のシュウ酸塩、または、炭酸鉄(II)(FeCO3)、炭酸マンガン(II)(MnC
O3)、炭酸コバルト(II)(CoCO3)、及び炭酸ニッケル(II)(NiCO3
)等の炭酸塩等を用いることができる。
、化合物に揮発性の高いアセトン等の溶媒を加え、金属製またはセラミック製のボール(
ボール径φ1mm以上10mm以下)を用い、遊星回転ボールミルを用いて回転数50r
pm以上500rpm以下、回転時間30分間以上5時間以下、の処理を行うというもの
である。ボールミル処理を行うことにより、各化合物を混合するのと同時に、各化合物の
微粒子化を行うことができ、作製後の蓄電装置用正極活物質(ケイ酸リチウム化合物)の
微粒子化を図ることができる。また、ボールミル処理を行うことにより、各化合物を均一
に混合することができ、作製後の蓄電装置用正極活物質の結晶性を高めることができる。
なお、溶媒としてアセトンを示したが、エタノール、メタノール等の、原料が溶解しない
溶媒を用いることができる。
ットを成型し、成型したペレットに対して第1の熱処理(本焼成)を行う。第1の熱処理
は、800℃以上1500℃以下(好ましくは900℃程度)の温度で、1時間以上20
時間以下(好ましくは10時間程度)行えばよい。なお、800℃以上の高温で第1の熱
処理(本焼成)を行うことにより、混合材料内部の反応性を高めることができ、短時間で
結晶化させることができる。また、混合材料の反応性を高めるために高温での熱処理が望
ましいが、急速に加熱することにより目的物と異なる副生成物ができてしまうため、第1
の熱処理として温度の異なる複数回の熱処理を行ってもよい。すなわち、図1のスキーム
で示すように、はじめに低温での熱処理(熱処理1回目)を行った後、高温での熱処理(
熱処理2回目)を行ってもよい。
ン、キセノン等)または窒素等の不活性ガス雰囲気下において行うのが好ましい。
650℃以上1000℃以下(好ましくは900℃程度)の温度で、1時間以上20時間
以下(好ましくは10時間程度)で1回目の熱処理を行えばよい。
、混合処理の際には、乳鉢や上述したボールミル等を用いることができる。遊星回転ボー
ルミルを用いて混合処理する場合のボールミルの処理条件としては、ボール径φ1mm以
上10mm以下のボールを用い、回転数300rpm以上500rpm以下(好ましくは
400rpm程度)、回転時間30分間以上3時間以下で行えばよい。
成型し、成型したペレットに対して第1の熱処理(本焼成)のうちの2回目の熱処理を行
う。
ましくは1000℃程度)の温度で、1時間以上20時間以下(好ましくは10時間程度
)行えばよい。なお、2回目の熱処理温度は、上記1回目の熱処理温度よりも高くするこ
とが好ましい。
を行う。なお、粉砕処理の方法としては、上述した遊星回転ボールミルを用いた粉砕が好
ましい。このときのボールミルの処理条件としては、ボール径φ1mm以上10mm以下
のボールを用い、回転数300rpm以上500rpm以下(好ましくは400rpm程
度)、回転時間10時間以上60時間以下(好ましくは20時間程度)で行えばよい。
加し、さらにアセトン等の溶媒を加え、混合処理を行う。なお、ここでの混合処理は、上
述した遊星回転ボールミルを用いることにより行う。このときのボールミルの処理条件と
しては、ボール径φ1mm以上10mm以下のボールを用い、回転数300rpm以上5
00rpm以下(好ましくは400rpm程度)、回転時間30分間以上3時間以下(好
ましくは2時間程度)で行えばよい。
00℃以下(好ましくは600℃程度)の温度で、1時間以上5時間以下(好ましくは3
時間程度)行えばよい。
ン、キセノン等)または窒素等の不活性ガス雰囲気下において行うのが好ましい。
復させると共に、混合処理において添加された炭素系材料に含まれる炭素を混合材料の粒
子表面に担持させることができる。なお本明細書中では、ケイ酸リチウム化合物粒子の表
面に炭素が担持されることを、ケイ酸リチウム化合物粒子がカーボンコートされるとも言
う。
伝導性を向上させることができる。また、ケイ酸リチウム化合物粒子の表面に炭素を担持
させることで、ケイ酸リチウム化合物粒子表面の導電率を上昇させることができる。また
、ケイ酸リチウム化合物粒子同士が、表面に担持された炭素を介して接すれば、ケイ酸リ
チウム化合物粒子同士が導通し、導電率を高めることができる。なお、表面に担持される
炭素(炭素層)の厚さは、0nmより大きく100nm以下、好ましくは5nm以上10
nm以下が好ましい。
また、グルコースに代えて、ケイ酸基との反応性のよい環状単糖類、直鎖単糖類、または
多糖類を用いてもよい。
することができる。
料を高温で熱処理した後、粉砕処理を行い、炭素系材料を加えて再度熱処理を行うため、
混合材料に含まれる物質間の反応性を高め、結晶性を良好にすると共に、高温処理により
大きく成長した結晶粒径の微粒子化、および結晶性の回復を図りつつ、結晶化した混合材
料の粒子表面に炭素を担持させることができる。これにより、得られた蓄電装置用正極活
物質におけるリチウムの脱挿入を容易にすると共に、電子伝導性を向上させることができ
る。よって、この蓄電装置用正極活物質を用いた蓄電装置において、放電容量を向上させ
、充放電の速度、すなわちレート特性を向上させることができる。
適宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、上記実施の形態1に示す作製工程によって得られた蓄電装置用正極
活物質を用いた蓄電装置の一態様として、リチウムイオン二次電池について説明する。リ
チウムイオン二次電池の概要を図2に示す。
0を外部と隔絶する筐体120の中に有し、筐体120中に電解液111が充填されてい
る。また、正極102及び負極107との間にセパレータ110を有する。なお、本明細
書では、正極活物質層101と、それが形成された正極集電体100を合わせて正極10
2と呼ぶ。また、負極活物質層106と、それが形成された負極集電体105を合わせて
負極107と呼ぶ。正極集電体100には第1の電極121が、負極集電体105には第
2の電極122が接続されており、第1の電極121及び第2の電極122より、充電や
放電が行われる。また、正極活物質層101及びセパレータ110の間と負極活物質層1
06及びセパレータ110との間とはそれぞれは一定間隔をおいて示しているが、これに
限らず、正極活物質層101及びセパレータ110と負極活物質層106及びセパレータ
110とはそれぞれが接していても構わない。また、正極102及び負極107は間にセ
パレータ110を配置した状態で筒状に丸めても構わない。
、正極活物質が含まれるが、本実施の形態では、正極活物質として実施の形態1で作製し
た蓄電装置用正極活物質が含まれている。一方、負極集電体105の上には負極活物質層
106が形成されている。
ことができる。正極集電体100は、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることができ
る。
なわち、実施の形態1で示した第2の熱処理(カーボンコート)後、得られたケイ酸リチ
ウム化合物を再度ボールミルで粉砕して、微粉体とし、得られた微粉体に、導電助剤やバ
インダ、溶媒を加えてペースト状に調合して用いる。
化を起こさないものであればよい。例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、アセチ
レンブラック、VGCF(商標登録)などの炭素系材料、銅、ニッケル、アルミニウムも
しくは銀など金属材料またはこれらの混合物の粉末や繊維などがそれに該当する。導電助
剤とは、活物質間の導電性を助ける物質であり、離れている活物質の間に充填され、活物
質同士の導通をとる材料である。
ス、再生セルロース、ジアセチルセルロースなどの多糖類や、ポリビニルクロリド、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリテトラ
フルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、EPDM(Ethylene Propyl
ene Diene Monomer)ゴム、スルホン化EPDMゴム、スチレンブタジ
エンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴムなどのビニルポリマー、ポリエチレンオキシドな
どのポリエーテルなどがある。
物)、導電助剤、及びバインダは、それぞれ80〜96重量%、2〜10重量%、2〜1
0重量%の割合で、且つ全体で100重量%になるように混合する。更に、正極活物質、
導電助剤、及びバインダの混合物と同体積程度の有機溶媒を混合し、スラリー状に加工す
る。なお、正極活物質、導電助剤、バインダ、及び有機溶媒をスラリー状に加工して得ら
れたものを、スラリーと呼ぶ。溶媒としては、Nメチル−2ピロリドンや乳酸エステルな
どがある。成膜した時の正極活物質および導電助剤の密着性が弱い時にはバインダを多く
し、正極活物質の抵抗が高い時には導電助剤を多くするなどして、正極活物質、導電助剤
、バインダの割合を適宜調整するとよい。
スト法により薄く広げた後、ロールプレス機で更に延伸し、厚みを均等にした後、真空乾
燥(10Pa以下)や加熱乾燥(90〜280℃)して、正極集電体100上に正極活物
質層101を形成する。正極活物質層101の厚さは、20〜100μmの間で所望の厚
さを選択する。クラックや剥離が生じないように、正極活物質層101の厚さを適宜調整
することが好ましい。さらには、電池の形態にもよるが、平板状だけでなく、筒状に丸め
た時に、正極活物質層101にクラックや剥離が生じないようにすることが好ましい。
いることができる。
ムなどが用いられる。負極集電体105上に、塗布法、スパッタ法、蒸着法などにより負
極活物質層106を形成してもよいし、それぞれの材料を単体で負極活物質層106とし
て用いてもよい。黒鉛と比較すると、ゲルマニウム、シリコン、リチウム、アルミニウム
の理論リチウム吸蔵容量が大きい。吸蔵容量が大きいと小面積でも十分に充放電が可能で
あり、負極として機能するため、コストの節減及び二次電池の小型化につながる。ただし
、シリコンなどはリチウム吸蔵により体積が4倍程度まで増えるために、材料自身が脆く
なる事や爆発する危険性などにも十分に気をつける必要がある。
い。電解液は、キャリアイオンであるアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンを含
み、このキャリアイオンが電子伝導を担っている。アルカリ金属イオンとしては、例えば
、リチウムイオン、ナトリウムイオン、若しくはカリウムイオンがある。アルカリ土類金
属イオンとしては、例えば、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、若しくはバリウ
ムイオンがある。また、ベリリウムイオン、マグネシウムイオンを用いてもよい。
ム塩)とから構成されている。リチウム塩としては、例えば、塩化リチウム(LiCl)
、フッ化リチウム(LiF)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、硼弗化リチウム(L
iBF4)、LiAsF6、LiPF6、Li(C2F5SO2)2N等がある。ナトリ
ウム塩としては、例えば、塩化ナトリウム(NaCl)、フッ化ナトリウム(NaF)、
過塩素酸ナトリウム(NaClO4)、硼弗化ナトリウム(NaBF4)等がある。
下、ECと略す)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、
およびビニレンカーボネート(VC)など)、非環状カーボネート類(ジメチルカーボネ
ート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC
)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、イソブチルメチルカーボネート、およびジ
プロピルカーボネート(DPC)など)、脂肪族カルボン酸エステル類(ギ酸メチル、酢
酸メチル、プロピオン酸メチル、およびプロピオン酸エチルなど)、非環状エーテル類(
γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2
−ジエトキシエタン(DEE)、およびエトキシメトキシエタン(EME)等)、環状エ
ーテル類(テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等)、環状スルホン(ス
ルホランなど)、アルキルリン酸エステル(ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラ
ン等やリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、およびリン酸トリオクチルなど)やそのフ
ッ化物があり、これらの一種または二種以上を混合して使用する。
)、ビニロン(ポリビニルアルコール系繊維でもあり、ビナロンともいう)、ポリプロピ
レン(PP)、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンといった合成繊
維等を用いればよい。ただし、上記した電解液111に溶解しない材料を選ぶ必要がある
。
チレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピ
レン等のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタ
クリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル
、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン
、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子およびこれらの誘導体、セルロ
ース、紙、不織布から選ばれる一種を単独で、または二種以上を組み合せて用いることが
できる。
、第2の電極122に負極端子を接続する。正極102からは電子が第1の電極121を
介して奪われ、第2の電極122を通じて負極107に移動する。加えて、正極からはリ
チウムイオンが正極活物質層101中の活物質から溶出し、セパレータ110を通過して
負極107に達し、負極活物質層106内の活物質に取り込まれる。当該領域でリチウム
イオン及び電子が合体して、負極活物質層106に吸蔵される。同時に正極活物質層10
1では、活物質から電子が放出され、活物質に含まれる金属Mの酸化反応が生じる。
し、第2の電極122に電子が送り込まれる。リチウムイオンはセパレータ110を通過
して、正極活物質層101に達し、正極活物質層101中の活物質に取り込まれる。その
時には、負極107からの電子も正極102に到達し、金属Mの還元反応が生じる。
によって得られたケイ酸リチウム化合物を正極活物質として用いている。なお、実施の形
態1に示す作製工程によって得られたケイ酸リチウム化合物は、高温処理により大きく成
長した結晶粒径の微粒子化、および結晶性の回復を図りつつ、結晶化した混合材料の粒子
表面に炭素を担持させることができる。これにより、得られた正極活物質におけるリチウ
ムの脱挿入を容易にすると共に、電子伝導性を向上させることができる。そのため、放電
容量が大きく、充放電の速度が大きいリチウムイオン二次電池を得ることができる。
適宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電装置の応用形態について説明する。
ビデオカメラ等のカメラ類、携帯電話機、携帯情報端末、電子書籍用端末、携帯型ゲーム
機、デジタルフォトフレーム、音響再生装置等に搭載することができる。また、蓄電装置
は、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子、又は
自転車等の電気推進車両に搭載することができる。
れている。蓄電装置の特性を向上させることで、蓄電装置の小型軽量化にも結びつけるこ
とができる。このような蓄電装置を搭載することで、電子機器や電気推進車両などの充電
時間の短縮、使用時間の延長、小型軽量化などが可能となり、利便性やデザイン性の向上
も実現できる。
に表示部3012が組み込まれている。筐体3011は、さらに操作ボタン3013、操
作ボタン3017、外部接続ポート3014、スピーカー3015、及びマイク3016
等を備えている。このような携帯電話機に、本発明の一態様に係る蓄電装置を搭載するこ
とで、利便性やデザイン性を向上させることができる。
の筐体3031及び第2の筐体3033の2つの筐体で構成されて、2つの筐体が軸部3
032により一体にされている。第1の筐体3031及び第2の筐体3033は、軸部3
032を軸として開閉動作を行うことができる。第1の筐体3031には第1の表示部3
035が組み込まれ、第2の筐体3033には第2の表示部3037が組み込まれている
。その他、第2の筐体3033に、操作ボタン3039、電源3043、及びスピーカー
3041等を備えている。このような電子書籍用端末に、本発明の一態様に係る蓄電装置
を搭載することで、利便性やデザイン性を向上させることができる。
が搭載されている。蓄電装置3051の電力は、制御回路3053により出力が調整され
て、駆動装置3057に供給される。制御回路3053は、コンピュータ3055によっ
て制御される。
を組み合わせて構成される。コンピュータ3055は、電気自動車3050の運転者の操
作情報(加速、減速、停止など)や走行時の情報(登り坂や下り坂等の情報、駆動輪にか
かる負荷情報など)の入力情報に基づき、制御回路3053に制御信号を出力する。制御
回路3053は、コンピュータ3055の制御信号により、蓄電装置3051から供給さ
れる電気エネルギーを調整して駆動装置3057の出力を制御する。交流電動機を搭載し
ている場合は、直流を交流に変換するインバータも内蔵される。
できる。蓄電装置3051として、本発明の一態様に係る蓄電装置を搭載することで、充
電時間の短縮化などに寄与することができ、利便性を向上させることができる。また、充
放電速度の向上により、電気自動車の加速力向上に寄与することができ、電気自動車の性
能向上に寄与することができる。また、蓄電装置3051の特性向上により、蓄電装置3
051自体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与することができ、燃費向上にも結
びつけることができる。
条からの電力供給により充電することも可能である。
適宜組み合わせて用いることができる。
イ酸マンガンリチウム(LiMnSiO4)を作製する例を示す。
酸マンガン(II)(MnC2O4)を用い、アセトンを溶媒として加えて、ボールミル
による混合処理を行った。ボールミルによる混合処理は、セラミック製のボール(ボール
径φ3mm)を用い、回転数400rpm、回転時間2時間で行った。
圧力で5分間加圧して、ペレットに成型した。
、10時間加熱して、第1の熱処理(本焼成)のうちの1回目の熱処理を行った。
レス機により、150kgf/cm2の圧力で5分間加圧して、ペレットに成型した。
℃、10時間加熱して、第1の熱処理(本焼成)のうちの2回目の熱処理を行った。
え、セラミック製のボール(ボール径φ3mm)を用いて、回転数400rpm、回転時
間20時間で処理を行った。
トンを溶媒として加え、ボールミルを用いて混合処理を行った。なお、ここでは、グルコ
ース10wt%を添加し、セラミック製のボール(ボール径φ3mm)を用いて、回転数
400rpm、回転時間2時間で処理を行った。
熱して、第2の熱処理を行った。これにより、混合材料の表面を炭素でコーティング(カ
ーボンコート)することができる。
LiMnSiO4)を作製した。
SEM写真を示す。なお、図5(B)には、本実施例において第1の熱処理(本焼成)後
に行った粉砕処理を行わずに作製し、得られたケイ酸マンガンリチウムのSEM写真を示
す。これにより、図5(B)に示す粉砕処理を行わずに作製されたケイ酸マンガンリチウ
ムよりも、図5(A)に示す粉砕処理を行ったケイ酸マンガンリチウムの方が、ケイ酸マ
ンガンリチウムの粒子の粒径が小さくなっていることがわかる。
ウムイオン二次電池を作製し、放電容量を測定した。
置用正極活物質であるケイ酸マンガンリチウムに、導電助剤およびバインダを混合して作
製した。なお、導電助剤としてアセチレンブラック、バインダとしてポリテトラフルオロ
エチレン(PTFE)を用い、混合比を重量比(wt%)で、80:15:5(=LiM
nPO4:アセチレンブラック:PTFT)とした。混合した材料をロールプレス機によ
り圧延してペレット状の電極とした後、該電極にアルミニウムの正極集電体を圧着して、
リチウムイオン二次電池の正極を作製した。
ロピレン(PP)を用いた。そして、電解液としては、溶質に六フッ化リン酸リチウム(
LiPF6)、溶液にエチレンカーボネート(EC)及びジメチルカーボネート(DMC
)を用いた。なお、電解液はセパレータに含浸させた。
イオン二次電池を得た。正極、負極、セパレータ、及び電解液等の組立ては、アルゴン雰
囲気のグローブボックス内で行った。
は、本実施例において第1の熱処理(本焼成)後に行った粉砕処理を行わずに作製し、得
られたケイ酸マンガンリチウムを用いて作製したリチウムイオン二次電池の放電容量を示
す。なお、図6(A)(B)において、横軸は単位質量あたりの放電容量(mAh/g)
を示し、縦軸は電圧(V)を示す。
リチウムを正極活物質として用いた場合、すなわち第1の熱処理(本焼成)後に粉砕処理
を行って作製されたケイ酸マンガンリチウムを正極活物質として用いた場合、リチウムイ
オン二次電池の放電容量の向上が確認された。これは、混合材料を高温で熱処理した後、
粉砕処理を行い、再度熱処理を行うため、混合材料に含まれる物質間の反応性を高め、結
晶性を良好にすると共に、高温処理により大きく成長した結晶粒径の微粒子化、および結
晶性の回復を図り、さらに結晶化した混合材料の粒子表面に炭素を担持させることができ
るため、得られた正極活物質におけるリチウムの脱挿入を容易にすると共に、電子伝導性
が向上したためと示唆される。
料を高温で熱処理した後、粉砕処理を行い、再度熱処理を行うことにより、結晶性を良好
にすると共に、微粒子化されたケイ酸マンガンリチウム(LiMnSiO4)を得ること
ができるので、電子伝導性の向上した蓄電装置用正極活物質を作製することが可能である
。また、蓄電装置用正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製することにより、
放電容量の高いリチウムイオン二次電池を得ることができる。
101 正極活物質層
102 正極
105 負極集電体
106 負極活物質層
107 負極
110 セパレータ
111 電解液
120 筐体
121 電極
122 電極
3010 携帯電話機
3011 筐体
3012 表示部
3013 操作ボタン
3014 外部接続ポート
3015 スピーカー
3016 マイク
3017 操作ボタン
3030 電子書籍用端末
3031 筐体
3032 軸部
3033 筐体
3035 表示部
3037 表示部
3039 操作ボタン
3041 スピーカー
3043 電源
3050 電気自動車
3051 蓄電装置
3053 制御回路
3055 コンピュータ
3057 駆動装置
Claims (1)
- リチウムを含む化合物と、マンガン、鉄、コバルト、またはニッケルから選ばれる金属元素を含む化合物と、珪素を含む化合物と、を第1のボールミル処理により混合し、混合材料を形成する第1の工程と、
前記混合材料に対して、650℃以上1000℃以下で1回目の第1の熱処理をし、前記1回目よりも高温の800℃以上1500℃以下で2回目の第1の熱処理をする第2の工程と、
前記2回目の第1の熱処理後に前記混合材料を第2のボールミル処理により粉砕する第3の工程と、
前記第2のボールミル処理を行った前記混合材料に炭素系材料を添加して混合した後、前記第1の熱処理よりも低温の400℃以上900℃以下で第2の熱処理をする第4の工程と、と有し、
前記第1の工程乃至前記第4の工程を経て、表面に炭素が担持されたLi2MSiO4(Mは、マンガン、鉄、コバルト、及びニッケルから選ばれた一以上の金属元素)で表されるケイ酸リチウム化合物粒子を形成し、
前記第2のボールミル処理は、前記第1のボールミル処理よりも処理時間が長いことを特徴とする蓄電装置用正極活物質の作製方法。
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