JP6542548B2 - 活物質複合粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の活物質複合粒子の製造方法について、工程ごとに説明する。
本発明における塗工工程は、活物質の表面に、Liイオン伝導性酸化物の前駆体溶液を塗工し、前駆体層を形成する工程である。
本発明における前駆体溶液は、通常、Liイオン伝導性酸化物の原料と、溶媒とを含有する。Liイオン伝導性酸化物の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、LiNbO3、LiAlO2、Li4SiO4、Li2SiO3、Li2TiO3、Li4Ti5O12、Li2Ti2O5、Li2ZrO3、Li2MoO4、Li2WO4等を挙げることができる。
本発明における活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、Li1+xMn2−x−yMyO4(x+y=2、M=Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる少なくとも1種)で表わされる異種元素置換Li−Mnスピネル、チタン酸リチウム(LiおよびTiを含む酸化物)、リン酸金属リチウム(LiMPO4、M=Fe、Mn、Co、及びNiから選ばれる少なくとも1種)、遷移金属酸化物(例えば、酸化バナジウム(V2O5)、酸化モリブデン(MoO3)等)、硫化チタン(TiS2)、炭素材料(例えば、グラファイト、ハードカーボンなど)、リチウムコバルト窒化物(LiCoN)、リチウムシリコン酸化物(LiおよびSiを含む酸化物)、リチウム金属(Li)、リチウム合金(例えば、LiM;M=Sn、Si、Al、Ge、Sb、P等)、リチウム貯蔵性金属間化合物(例えば、MgおよびMを含む貯蔵性金属間化合物;M=Sn、Ge、Sb等、及び、NおよびSbを含む貯蔵性金属間化合物;N=In、Cu、Mn等)、および、これらの誘導体等が挙げられる。
活物質の表面に前駆体溶液を塗工する方法は、所望の前駆体層が得られる方法であれば特に限定されるものではない。塗工方法の一例としては、活物質への前駆体溶液の塗工、および、塗工された前駆体溶液の乾燥を同時に行う方法を挙げることができる。このような塗工方法としては、例えば、流動層コーティング法、スプレードライヤー法を挙げることができる。
本発明における熱処理工程は、上記前駆体層を熱処理し、上記Liイオン伝導性酸化物から構成されるコート層を形成する工程である。
本発明における圧縮せん断処理工程は、上記コート層に圧縮せん断処理を行う工程である。圧縮せん断処理を行うことで、コート層を緻密化する。
圧縮せん断エネルギー(Wh/g)
=モーター負荷(W)×処理時間(h)/活物質複合粒子の量(g)
圧縮せん断エネルギーは、例えば、0.1Wh/g以上であり、0.3Wh/g以上であることが好ましい。圧縮せん断エネルギーが小さすぎると、コート層を十分に緻密化できない可能性がある。一方、圧縮せん断エネルギーは、例えば、10Wh/g以下であり、5Wh/g以下であることが好ましい。圧縮せん断エネルギーが大きすぎると、コート層が剥離し、粒子の表面が粗面化する可能性がある。また、Liイオン伝導性酸化物がニオブ酸リチウムである場合、圧縮せん断エネルギーが、0.38Wh/g〜4.86Wh/gの範囲内であることが好ましい。
本発明により得られる活物質複合粒子は、活物質と、上記活物質上に形成され、Liイオン伝導性酸化物から構成されるコート層とを有する。コート層は、圧縮せん断処理により緻密化している。
(前駆体溶液の調製)
濃度30質量%の過酸化水素水870.4gを入れた容器へ、イオン交換水987.4g、ニオブ酸(水酸化ニオブ、Nb2O5・3H2O(Nb2O5含有率72%))44.2gを添加した。次に、上記容器へ、濃度28質量%のアンモニア水87.9gを添加した。そして、アンモニア水を添加した後に十分に攪拌することにより、透明溶液を得た。さらに、得られた透明溶液に、水酸化リチウム・1水和物(LiOH・H2O)10.1gを加えることにより、ニオブのペルオキソ錯体およびリチウムを含有する前駆体溶液を得た。得られた前駆体溶液におけるLiおよびNbのモル濃度は、それぞれ0.12mol/kgであった。
上記で調製した前駆体溶液2000gを、転動流動層コーティング装置(MP−01、パウレック社製)を用いて、正極活物質LiNi1/3Mn1/3Co1/3O21kgに対して噴霧乾燥した。運転条件は、吸気ガス:窒素、吸気温度:120℃、吸気風量:0.4m3/h、ローター回転数:400rpm、噴霧速度:4.5g/minとした。これにより、活物質の表面に前駆体層を形成した。その後、大気中にて200℃、5時間の条件で熱処理を行うことにより、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)から構成されるコート層を形成した。
得られた粒子40gに対して、粒子複合化装置(NOB−MINI、ホソカワミクロン社製)を用いて圧縮せん断処理を行った。運転条件は、ブレード−壁間隔:1mm、ブレード周速:8.4m/sec、処理時間:10minとした。圧縮せん断エネルギーは0.38Wh/gであった。これにより、活物質複合粒子を得た。
圧縮せん断処理におけるブレード周速を16.8m/secに変更したこと以外は、実施例1と同様にして活物質複合粒子を得た。圧縮せん断エネルギーは1.17Wh/gであった。
圧縮せん断処理におけるブレード周速を30.3m/secに変更したこと以外は、実施例1と同様にして活物質複合粒子を得た。圧縮せん断エネルギーは4.86Wh/gであった。
圧縮せん断処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして活物質複合粒子を得た。
(粒度分布測定)
実施例1〜3および比較例1で得られた活物質複合粒子の平均粒径を求めた。具体的には、粒度分布測定装置(エアロトラックSPR7340、日機装社製)を用いて、平均粒径を求めた。その結果を表1および図3に示す。
実施例1〜3および比較例1で得られた活物質複合粒子のBET比表面積を測定した。具体的には、比表面積測定装置(トライスター3000、株式会社島津製作所製)を用いて、BET比表面積を測定した。その結果を表1および図3に示す。
実施例1と同様にして前駆体層を形成した。その後、大気中にて200℃、5時間の条件で熱処理を行うことにより、ニオブ酸リチウムから構成されるコート層を形成した。これにより、活物質複合粒子を得た。
熱処理温度を200℃から250℃、300℃に変更したこと以外は、参考例1と同様にして活物質複合粒子を得た。得られた活物質複合粒子を用いたこと以外は、参考例1と同様にして評価用電池を得た。
(BET比表面積)
参考例1〜3で得られた活物質複合粒子のBET比表面積を測定した。測定方法は、上述した通りである。
参考例1〜3で得られた評価用電池の反応抵抗を測定した。まず、評価用電池を電圧4.5Vまで充電し、次いで2.5Vまで放電した。その後、3.6Vにおいて交流インピーダンス測定を行った。そして、ナイキストプロット(Nyquistプロット)により得られた円弧から反応抵抗[Ω・cm2]を特定した。その結果を表2および図5に示す。
2 … 前駆体層
3 … コート層
10 … 活物質複合粒子
11 … ブレード
12 … 容器
Claims (3)
- 活物質の表面に、Liイオン伝導性酸化物の前駆体溶液を塗工し、前駆体層を形成する塗工工程と、
前記前駆体層を熱処理し、前記Liイオン伝導性酸化物から構成されるコート層を形成する熱処理工程と、
前記コート層に圧縮せん断処理を行う圧縮せん断処理工程と、
を有し、
前記Liイオン伝導性酸化物が、ニオブ酸リチウムであり、
前記圧縮せん断処理によって、前記コート層が緻密化されることを特徴とする活物質複合粒子の製造方法。 - 前記前駆体溶液が、金属アルコキシド、または、金属のペルオキソ錯体を含有することを特徴とする請求項1に記載の活物質複合粒子の製造方法。
- 前記前駆体溶液の溶媒の主成分が水であり、
前記熱処理工程における熱処理温度が、200℃以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の活物質複合粒子の製造方法。
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