JP6588542B2 - 遷移金属酸化物の前駆体、その製造方法、リチウム複合遷移金属酸化物、それを含む正極及び二次電池 - Google Patents
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Description
[化学式1]
NiaMnbCo1−(a+b+c)Mc[OH(1−x)2−y]A(y/n)
(ここで、MはW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.55≦a≦0.9、0.05≦b≦0.5、0≦c≦0.1、a+b+c≦1、0<x<0.5、0≦y≦0.05、nはAの酸化数であり、AはPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。)
[化学式2]
Nia’Mnb’Co1−(a’+b’+c’)M’c’[OH(1−x’)2−y’]A’(y’/n)
(ここで、M’はW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.2≦a’≦0.55、0.05≦b’≦0.5、0≦c’≦0.1、a’+b’+c’≦0.95、0<x’<0.5、0≦y’≦0.05、nはAの酸化数であり、A’はPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。)
[化学式1]
NiaMnbCo1−(a+b+c)Mc[OH(1−x)2−y]A(y/n)
(ここで、MはW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.55≦a≦0.9、0.05≦b≦0.5、0≦c≦0.1、a+b+c≦1、0<x<0.5、0≦y≦0.05、nはAの酸化数であり、AはPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。)
[化学式2]
Nia’Mnb’Co1−(a’+b’+c’)M’c’[OH(1−x’)2−y’]A’(y’/n)
(ここで、M’はW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.2≦a’≦0.55、0.05≦b’≦0.5、0≦c’≦0.1、a’+b’+c’≦0.95、0<x’<0.5、0≦y’≦0.05、nはAの酸化数であり、A’はPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。)
前記コア部は、下記化学式1の化合物を含む。
[化学式1]
NiaMnbCo1−(a+b+c)Mc[OH(1−x)2−y]A(y/n)
このとき、前記Mは、W(タングステン)、B(ホウ素)、Al(アルミニウム)、Zr(ジルコニウム)、Ti(チタン)、Mg(マグネシウム)、Cr(クロム)及びSi(ケイ素)からなる群より選択される少なくともいずれか1つであり得る。
[化学式2]
Nia’Mnb’Co1−(a’+b’+c’)M’c’[OH(1−x’)2−y’]A’(y’/n)
(ここで、M’はW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.2≦a’≦0.55、0.05≦b’≦0.5、0≦c’≦0.1、a’+b’+c’≦0.95、0<x’<0.5、0≦y’≦0.05、nはAの酸化数であり、A’はPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。)
これについてより具体的に説明する。
前記遷移金属酸化物の前駆体は、遷移金属含有塩と塩基性化合物とを使用して共沈法によって製造でき、前記共沈法は水溶液中で沈殿反応を用いて2種以上の遷移金属元素を同時に沈殿させて製造する方法である。
[化学式1]
NiaMnbCo1−(a+b+c)Mc[OH(1−x)2−y]A(y/n)
(ここで、MはW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.55≦a≦0.9、0.05≦b≦0.5、0≦c≦0.1、a+b+c≦1、0<x<0.5、0≦y≦0.05、nはAの酸化数であり、AはPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。)
[化学式2]
Nia’Mnb’Co1−(a’+b’+c’)M’c’[OH(1−x’)2−y’]A’(y’/n)
(ここで、M’はW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.2≦a’≦0.55、0.05≦b’≦0.5、0≦c’≦0.1、a’+b’+c’≦0.95、0<x’<0.5、0≦y’≦0.05、nはAの酸化数であり、A’はPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。)
4Lの湿式反応機用タンクに蒸留水3Lを入れ、窒素ガスをタンクに1L/分の速度で連続的に注入して溶存酸素を除去した。このとき、タンク内の蒸留水の温度を温度維持装置を用いて45〜50℃に維持した。また、タンク外部のモータに連結されたインペラーを用いて、タンク内部の蒸留水を1000〜1200rpmの速度で撹拌した。
4Lの湿式反応機用タンクに蒸留水3Lを入れ、窒素ガスをタンクに1L/分の速度で連続的に注入して溶存酸素を除去した。このとき、タンク内の蒸留水の温度を温度維持装置を用いて40〜45℃に維持した。また、タンク外部のモータに連結されたインペラーを用いて、タンク内部の蒸留水を1000〜1200rpmの速度で撹拌した。
実施例1で製造されたニッケル−コバルト−マンガン複合遷移金属前駆体をLi2CO3と1:1の比率(重量比)で混合した後、5℃/分の昇温速度で加熱し920℃で10時間焼成して、0.2wt%のPO4陰イオンで置換されたLi[Ni0.55Co0.2Mn0.25]O2の正極活物質粉末を製造した。
比較例1で製造されたニッケル−コバルト−マンガン複合遷移金属前駆体をLi2CO3と1:1の比率(重量比)で混合した後、5℃/分の昇温速度で加熱し920℃で10時間焼成して、Li[Ni0.55Co0.2Mn0.25]O2の正極活物質粉末を製造した。
20 シェル部
Claims (12)
- コア部及びシェル部を含み、
前記コア部は、下記化学式1の化合物からなり、
前記シェル部は、下記化学式2の化合物からなる、遷移金属酸化物の前駆体であって、
前記シェル部の金属組成が、前記コア部と前記シェル部との境界面から前記前駆体の表面へと連続的に変化する場合を除く、遷移金属酸化物の前駆体。
[化学式1]
NiaMnbCo1‐(a+b+c)Mc[(OH(1‐x))2‐y]A(y/n)
(ここで、MはW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.55≦a≦0.9、0.05≦b≦0.5、0≦c≦0.1、a+b+c≦1、0<x<0.5、0≦y≦0.05、nはAの酸化数であり、AはPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。)
[化学式2]
Nia’Mnb’Co1‐(a’+b’+c’)M’c’[(OH(1‐x’))2‐y’]A’(y’/n)
(ここで、M’はW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.2≦a’≦0.5、0.05≦b’≦0.5、0≦c’≦0.1、a’+b’+c’≦0.95、0<x’<0.5、0≦y’≦0.05、nはAの酸化数であり、A’はPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。) - 前記A及びA’の少なくとも1つは、PO4及びFを含むことを特徴とする請求項1に記載の遷移金属酸化物の前駆体。
- 前記コア部とシェル部との重量比は、1:0.2〜1:2であることを特徴とする請求項1に記載の遷移金属酸化物の前駆体。
- 前記遷移金属酸化物の前駆体のタップ密度は、1.0〜2.5g/ccであることを特徴とする請求項1に記載の遷移金属酸化物の前駆体。
- 第1遷移金属塩と塩基性化合物とを混合し撹拌して下記化学式1で表されるコア部を形成する段階;
前記コア部に第2遷移金属塩及び前記塩基性化合物を添加し撹拌して前記コア部の表面に下記化学式2で表されるシェル部を形成する段階;及び
前記コア部の表面にシェル部を形成した結果物を濾過し洗浄した後、乾燥する後処理段階;を含む遷移金属酸化物前駆体の製造方法であって、
前記シェル部の金属組成が、前記コア部と前記シェル部との境界面から前記遷移金属酸化物前駆体の表面へと連続的に変化するようにシェル部が形成される場合を除く、遷移金属酸化物前駆体の製造方法。
[化学式1]
NiaMnbCo1‐(a+b+c)Mc[(OH(1‐x))2‐y]A(y/n)
(ここで、MはW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.55≦a≦0.9、0.05≦b≦0.5、0≦c≦0.1、a+b+c≦1、0<x<0.5、0≦y≦0.05、nはAの酸化数であり、AはPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。)
[化学式2]
Nia’Mnb’Co1‐(a’+b’+c’)M’c’[(OH(1‐x’))2‐y’]A’(y’/n)
(ここで、M’はW、B、Al、Zr、Ti、Mg、Cr及びSiからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、0.2≦a’≦0.5、0.05≦b’≦0.5、0≦c’≦0.1、a’+b’+c’≦0.95、0<x’<0.5、0≦y’≦0.05、nはAの酸化数であり、A’はPO4、CO3、BO3及びFからなる群より選択された少なくともいずれか1つである。) - 前記第1遷移金属塩及び第2遷移金属塩の少なくとも1つは硫酸塩または窒酸塩であることを特徴とする請求項5に記載の遷移金属酸化物前駆体の製造方法。
- 請求項1または請求項2に記載の遷移金属酸化物の前駆体及びリチウム化合物の焼成結果物を含むリチウム複合遷移金属酸化物。
- 前記リチウム化合物は、水酸化リチウム、炭酸リチウム及び酸化リチウムのうち少なくともいずれか1つであることを特徴とする請求項7に記載のリチウム複合遷移金属酸化物。
- 前記遷移金属酸化物の前駆体1モルに対して前記リチウム化合物が0.95〜1.2モルであることを特徴とする請求項7に記載のリチウム複合遷移金属酸化物。
- 前記焼成結果物は、請求項1又は請求項2に記載の遷移金属酸化物の前駆体及びリチウム化合物が600℃〜1000℃の温度で焼成されたものであることを特徴とする請求項7に記載のリチウム複合遷移金属酸化物。
- 請求項7に記載のリチウム複合遷移金属酸化物を含む正極。
- 請求項11に記載の正極を含む二次電池。
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