JP6836721B2 - 非水系二次電池用のリン酸三リチウムの製造方法 - Google Patents
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Description
不純物のうち、アルカリ金属元素(Na,K)の各含有量については、原子吸光法(AAS:Atomic Absorption Spectrometry)で測定することができる。また、Si,Fe,Cu,Zn,Cr,Al,Mg,Ca,Sbの各含有量については、ICP発光分光分析法(ICP−AES:Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry)で測定することができる。また、Clの含有量については、比色法(典型的には吸光光度法)で測定することができる。
なお、本明細書において数値範囲をA〜B(ここでA,Bは任意の数値)と記載している場合は、A以上B以下を意味するものである。
本工程では、原料化合物として、水酸化リチウムとリン酸とを用意する。
水酸化リチウム(LiOH)は、Li3PO4のリチウムイオン(Li+)源である。水酸化リチウムは、粉末状である。粉末状の水酸化リチウムは、溶媒に分散された状態であってもよい。本発明者らが新たに得た知見によれば、水酸化リチウムの粒度分布は、生成物としてのLi3PO4の性状、具体的には、比表面積、D50粒径、タップ密度、DBP吸油量に大きな影響を及ぼす。ひいては、非水系二次電池の諸特性にも影響を及ぼす。したがって、非水系二次電池への使用に適したLi3PO4を製造するためには、水酸化リチウムの粒度分布を調整することが重要である。
本工程では、反応液の溶媒を除去して、反応物(Li3PO4)を乾燥させる。一好適例では、まず、得られた反応物を脱水して、大まかに水分を低減する。脱水の手段としては、例えば遠心分離が挙げられる。遠心分離の時間は、例えば2〜30分間とするとよい。これにより、湿潤状態のLi3PO4が得られる。次いで、湿潤状態のLi3PO4を乾燥して、さらに水分を除去する。乾燥の手段としては、例えば加熱乾燥が挙げられる。加熱乾燥温度は、例えば80〜150℃とするとよい。加熱乾燥時間は、例えば5〜50時間とするとよい。これにより、粉末状のLi3PO4を得ることができる。なお、得られたLi3PO4に対しては、従来公知の手法によって、粉砕、分級等の操作を適宜行ってもよい。
まず、原料化合物として、表1に示す粒度分布の水酸化リチウム(LiOH、例1〜例5)と、リン酸の水溶液と、を用意した。なお、例2〜例4では、不純物の濃度の合計を400ppm以下とした。次に、リン酸水溶液に水酸化リチウムを添加し、撹拌混合して反応させた。これにより、反応液中にLi3PO4を生成させた。次に、反応液を遠心分離して上澄みを除去し、沈殿物(湿潤状態のLi3PO4)を得た。次に、この沈殿物を加熱乾燥して、粉砕、篩分けすることにより、粉末状のLi3PO4(例1〜例5)を得た。このようにして得られたLi3PO4について、以下の物性を測定した。結果を、表1に示す。なお、物性の測定結果は、平均的な粒度分布を有する水酸化リチウムを使用した例3のLi3PO4の結果を基準(100%)として、相対的に表している。
・比表面積
比表面積測定装置を用いて、窒素吸着法でLi3PO4の比表面積を測定し、測定された比表面積をBET法で解析することにより、BET比表面積を算出した。
・D50粒径
レーザー回折・光散乱法に基づく粒度分布測定装置を用いて、Li3PO4の体積基準の粒度分布を測定し、粒径の小さい方から累積50%に相当するD50粒径を算出した。
・タップ密度
タッピング式の密度測定装置を用いて、付属のタッピングセルにLi3PO4を自然落下させた後、30分間のタッピングを行って、タッピング後の体積と試料の質量とからタップ密度を算出した。
・DBP吸油量
吸収量測定装置を用いて、試薬液体としてDBP(ジブチルフタレート)を使用し、JIS K6217−4:2008年に準拠してLi3PO4のDBP吸油量を測定した。
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン含有複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)と、上記製造したLi3PO4と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、有機溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混合して、正極ペースト(例1〜例5)を調製した。
上記得られた正極ペーストをアルミニウム箔(正極集電体)の表面に塗布し、乾燥させることによって、正極を作製した。上記作製した正極と、負極活物質としての天然黒鉛を含んだ負極とを、樹脂製のセパレータ(ポリオレフィン樹脂製)を介して積層し、電極体を作製した。また、非水電解液として、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを含む混合溶媒中に、リチウム塩としてのLiPF6を1mol/Lの濃度となるように溶解させたものを用意した。そして、上記電極体と上記非水電解液とを電池ケースに収容し、4V級のリチウムイオン二次電池(例1〜例5)を構築した。
上記構築したリチウムイオン二次電池に対して、25℃の温度環境下で、以下の充放電操作:(i)電池電圧が4.1Vとなるまで0.2Cのレートで定電流充電した後、電流が0.01Cのレートになるまで定電圧充電する;(ii)電池電圧が3.0Vになるまで0.2Cのレートで定電流放電した後、電流が0.01Cのレートになるまで定電圧放電する;を行った。
25℃の温度環境下で、上記作製したリチウムイオン二次電池をSOC20%の状態に調整した。次に、SOC20%に調整した電池に対して、25℃の温度環境下で、10Cのハイレートで10秒間の定電流放電を行った。次に、放電開始から10秒後の電圧値と電流値とからIV抵抗を算出した。そして、例3のIV抵抗を基準(100%)として、各例のIV抵抗をIV抵抗上昇率として相対的に表した。結果を表1に示す。
上記調製した正極ペーストの一部を採取しておき、E型粘度計(回転速度:20rpm)を用いて、25℃の温度環境下で粘度を測定した。そして、例3の正極ペーストの粘度を基準(100%)として、各例の正極ペーストの粘度を粘度上昇率として相対的に表した。結果を表1に示す。
これに対して、例2〜例4では、正極作製時に正極ペーストの粘度上昇が抑えられると共に、低SOC領域でのIV抵抗の上昇も抑制されていた。
Claims (1)
- 非水系二次電池用のリン酸三リチウムの製造方法であって、
水酸化リチウムとリン酸とを用意する用意工程;
前記水酸化リチウムと前記リン酸とを反応させて、反応物を得る反応工程;
を包含し、
前記用意工程において、
前記水酸化リチウムは、レーザー回折・光散乱法に基づく体積基準の粒度分布が、以下の条件:
(1)粒径の小さい方から累積10%に相当するD10粒径が45μm以上;
(2)粒径の小さい方から累積50%に相当するD50粒径が95〜1200μm;
(3)粒径の小さい方から累積90%に相当するD90粒径が2000μm以下;
を満たし、かつ、
前記水酸化リチウムと前記リン酸とに含まれる不純物の合計濃度が400ppm以下であり、前記不純物は、Si,Na,K,Cl,Fe,Cu,Zn,Cr,Al,Mg,CaおよびSbのなかから選択される1種以上の元素である、
非水系二次電池用のリン酸三リチウムの製造方法。
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