JP6727201B2 - リチウム化遷移金属酸化物の製造方法 - Google Patents
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Description
(a)ニッケルと、マンガン及びコバルトから選択される少なくとも1種の遷移金属との混合酸化物、混合水酸化物、混合オキシ水酸化物、及び混合炭酸塩から選択される前駆体を用意する工程、ここで、該前駆体の陽イオンの少なくとも45モル%がNi陽イオンであり、
(b)該前駆体と、LiOH、Li2O、Li2CO3、及びLiNO3から選択される少なくとも1種のリチウム塩とを混合させて、これにより混合物を得る工程、
(c)工程(b)で得られた混合物に、一般式(I)
XyH3−yPO4 (I)
(式中、
XはNH4及びLiから選択され、
yは1又は2である)、
で表される少なくとも1種のリン化合物を添加する工程、
ここで、工程(b)及び(c)は、連続的に、又は同時に実施することができ、
(d)こうして得られた混合物を650〜950℃の範囲の温度で処理する工程
を含むものである。
(a)ニッケルと、マンガン及びコバルトから選択される少なくとも1種の遷移金属との混合酸化物、混合水酸化物、混合オキシ水酸化物、及び混合炭酸塩から選択される前駆体を用意する工程、ここで、該前駆体の陽イオンの少なくとも45モル%がNi陽イオンであり(以下、この工程を工程(a)ともいう)、
(b)該前駆体と、LiOH、Li2O、Li2CO3、及びLiNO3から選択される少なくとも1種のリチウム塩とを混合させて、これにより混合物を得る工程(以下、この工程を工程(b)ともいう)、
(c)該混合物を、一般式(I)
XyH3−yPO4 (I)
(式中、
XはNH4及びLiから選択され、
yは1又は2である)
で表される少なくとも1種のリン化合物と混合する工程(以下、この工程を工程(c)ともいう)、
ここで、工程(b)及び(c)は、連続的に、又は同時に実施することができ、
(d)こうして得られた混合物を650〜950℃の範囲の温度で処理する工程(以下、この工程を工程(d)ともいう)
を含む製造方法である。
aは0.45〜0.9の範囲であり、
bは0.05〜0.3の範囲であり、
cは0.05〜0.3の範囲であり、
dは0〜0.1の範囲であり、
ただし、a+b+c+d=1であり、
MはAl、Ti、V、Zn、Ca及びMoのうちの1種以上から選択されるものである。
XyH3−yPO4 (I)
(式中、
XはNH4及びLiから選択され、
yは1又は2である)
で表わされる。
xは0〜0.1、好ましくは0.005〜0.05の範囲であり、
aは0.45〜0.9の範囲であり、
bは0.05〜0.3の範囲であり、
cは0.05〜0.3の範囲であり、
dは0〜0.1の範囲であり、
yは0.005〜0.03の範囲であり、
ただし、a+b+c+d=1であり、
MはAl、Ti、V、Zn、Ca及びMoのうちの1種以上から選択されるものであり、
該リン酸リチウムは、Li1+x(NiaCobMncMd)1−xO2の粒子内に均一に分散した形態で存在するか、又は別個の粒子の形態で存在する。
(A)上述した、少なくとも1種のカソード活物質、
(B)導電性状態の炭素、及び
(C)バインダー
を含むものである。
本発明に係る電極は、更なる構成要素を含むことができる。例えば、アルミニウム箔(しかし、これに限定されない)などの集電体をも具備することができる。さらには、バインダー(C)を含むものである。
(a)カソード活物質(A)、炭素(B)、及びバインダー(C)を含む、少なくとも1つのカソード、
(b)少なくとも1つのアノード、及び
(c)少なくとも1種の電解質
を含むセルである。
Yが窒素及びリンから選択される場合、t=2であり、及び
Yが炭素及びケイ素から選択される場合、t=3である)
の塩類がある。
パーセントは、特に明記しない限り、質量パーセントである。
I.1 本発明のカソード活物質(CAM.I)の製造
前駆体、組成Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2を準備した。ボールミル内で、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2とLi2CO3とを混合し、Li/全遷移金属のモル比が1.03/1になるようにした。次いで、1質量%のLiH2PO4を添加した(当該パーセントはNi0.6Co0.2Mn0.2(OH)2とLi2CO3の合計量に基づくものである)。このようにして得た混合物を箱型炉内で空気の下で仮焼した。このとき、温度プログラムは、3K/minで350℃まで上昇させ、350℃に4時間維持し、3K/minで675℃まで上昇させ、675℃に4時間維持し、3K/minで900℃まで上昇させ、900℃に6時間維持するというものであった。工程(d.1)を行った後、このようにして得た材料を12時間以内に空気下で室温まで冷却させ、乳鉢で解凝集し(deagglomerate)、32μmメッシュサイズのふるいを用いてふるい分けした。こうして本発明のカソード活物質(CAM.1)を得た。
前駆体、組成Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2を準備した。ボールミル内で、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2とLi2CO3とを混合し、Li/全遷移金属のモル比が1.03/1になるようにした。次いで、1質量%の(NH4)2HPO4を添加した(当該パーセントはNi0.6Co0.2Mn0.2(OH)2とLi2CO3の合計量に基づくものである)。このようにして得た混合物を箱型炉内で酸素雰囲気の下で仮焼した。このとき、温度プログラムは、3K/minで350℃まで上昇させ、350℃に4時間維持し、3K/minで675℃まで上昇させ、675℃に4時間維持し、3K/minで900℃まで上昇させ、900℃に6時間維持するというものであった。工程(d.2)を行った後、このようにして得た材料を12時間以内に酸素雰囲気下で室温まで冷却させ、乳鉢で解凝集し、32μmメッシュサイズのふるいを用いてふるい分けした。こうして本発明のカソード活物質(CAM.2)を得た。
前駆体、組成Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2を準備した。ボールミル内で、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2とLi2CO3とを混合し、Li/全遷移金属のモル比が1.03/1になるようにした。リン酸化合物は何も添加しなかった。このようにして得た混合物を箱型炉内で空気の下で仮焼した。このとき、温度プログラムは、3K/minで350℃まで上昇させ、350℃に4時間維持し、3K/minで675℃まで上昇させ、675℃に4時間維持し、3K/minで900℃まで上昇させ、900℃に6時間維持するというものであった。工程(d.2)を行った後、このようにして得た材料を12時間以内に空気下で室温まで冷却させ、乳鉢で解凝集し、32μmメッシュサイズのふるいを用いてふるい分けした。こうして比較用カソード活物質C−(CAM.3)を得た。
前駆体、組成Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2を準備した。ボールミル内で、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2とLi2CO3とを混合し、Li/全遷移金属のモル比が1.03/1になるようにした。リン酸化合物は何も添加しなかった。このようにして得た混合物を箱型炉内で酸素雰囲気の下で仮焼した。このとき、温度プログラムは、3K/minで350℃まで上昇させ、350℃に4時間維持し、3K/minで675℃まで上昇させ、675℃に4時間維持し、3K/minで900℃まで上昇させ、900℃に6時間維持するというものであった。工程(d.2)を行った後、このようにして得た材料を12時間以内に酸素雰囲気下で室温まで冷却させ、乳鉢で解凝集し、32μmメッシュサイズのふるいを用いてふるい分けした。こうして比較用カソード活物質C−(CAM.4)を得た。
II.1 半電池の製造:
カソード(a.1)を製造するため、以下の成分を互いにブレンドした。
6gのポリ二フッ化ビニリデン、(c.1)(「PVdF」)、(Arkema GroupからKynar Flex(登録商標)2801として市販されている)、
3gのカーボンブラック、(b.1)、BET表面積62m2/g、(Timcal社から「Super C 65L」として市販されている)、
3gのグラファイト、(b.2)、(Timcal社からKS6として市販されている)
撹拌しながら、十分な量のN−メチルピロリドン(NMP)を添加し、固練りでダマのないペーストが得られるまで、混合物をUltraturraxで攪拌した。
本発明の(CAM.1)を等量の(CAM.2)に置き換えたことを除き、上記の実験を繰り返した。
本発明に係る電気化学セル及び比較用の電気化学セルを、それぞれ、以下のサイクルプログラムに供する。すなわち、セルの電位範囲:3.0V〜4.3V、0.1C(第1サイクル及び第2サイクル)、第3サイクル、第4サイクル、第5サイクル、第6サイクル、及び第7サイクルで2C、第8サイクルで0.1C、続いて0.5C、1C、2C、3C、及び5Cでサイクルを実施する。1C=150mA/g。温度:25℃。
Claims (7)
- リチウム化遷移金属酸化物の製造方法であって、以下の工程:
(a)ニッケルと、マンガン及びコバルトから選択される少なくとも1種の遷移金属との混合酸化物、混合水酸化物、混合オキシ水酸化物、及び混合炭酸塩から選択される前駆体を用意する工程、ここで、該前駆体の陽イオンの少なくとも45モル%がNi陽イオンであり、
(b)該前駆体と、LiOH、Li2O、Li2CO3、及びLiNO3から選択される少なくとも1種のリチウム塩とを混合して、これにより混合物を得る工程、
(c)工程(b)で得られた混合物に、一般式(I)
XyH3−yPO4 (I)
(式中、
XはNH4及びLiから選択され、
yは1又は2である)、
で表される少なくとも1種のリン化合物を添加する工程、
ここで、工程(b)及び(c)は、連続的に、又は同時に実施することができるものであり、
(d)こうして得られた混合物を650〜950℃の範囲の温度で処理する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記前駆体がニッケル陽イオン、コバルト陽イオン、及びマンガン陽イオンを含む請求項1に記載の方法。
- 前記前駆体が、NiaCobMncMd (式中、
aは0.45〜0.9の範囲であり、
bは0.05〜0.3の範囲であり、
cは0.05〜0.3の範囲であり、
dは0〜0.1の範囲であり、
ただし、a+b+c+d=1であり、
Mは、Al、Ti、V、Zn、Ca、及びMoのうちの1種以上から選択される)
の遷移金属の組成を有する請求項1又は2に記載の方法。 - 工程(b)において、リチウム塩中のリチウムと前駆体中の遷移金属とのモル比が1.11:1〜1:1.03の範囲である請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(c)において、リン化合物と工程(b)のリチウム塩との質量比が1:100〜1:50の範囲である請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 化合物(I)が(NH4)2HPO4である請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(d)を、酸素又は酸素富化空気の雰囲気中で実施する請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
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