JP7123760B2 - 全固体リチウムイオン電池用正極活物質の粉末粒子の被覆方法、全固体リチウムイオン電池用被覆正極活物質の製造方法、全固体リチウムイオン電池の製造方法 - Google Patents
全固体リチウムイオン電池用正極活物質の粉末粒子の被覆方法、全固体リチウムイオン電池用被覆正極活物質の製造方法、全固体リチウムイオン電池の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明の実施形態に係る被覆装置は、被覆処理対象の正極活物質の粉末粒子を収容する空間を内部に備える円筒状の回転体を備える。回転体は回転式ドラムであってもよい。回転体は特に限定されないが、例えば、クロム、タングステン、モリブデン、バナジウムからなる合金、SUS、ハステロイ(HASTELLOY)、インコネル(INCONEL)、インコロイ(INCOLLOY)等で形成されている。回転体の大きさは特に限定されないが、例えば、軸方向の長さが2~5m、円筒状の断面の内径が1~2mに形成されていてもよい。回転体は、ローラー等によって、例えば時計回りに所定の角度だけ回転した後、今度は反時計回りに所定の角度だけ回転することを交互に続けてもよく、または、一方向に回転し続けてもよい。
本発明の実施形態に係る正極活物質の粉末粒子の被覆方法は、前述の本発明の実施形態に係る被覆装置を用いて実施することができる。まず、被覆処理対象の正極活物質の粉末粒子を被覆装置の回転体の内部に収容し、被覆装置の回転体を回転させる。被覆装置の回転体を回転させることで、複数の撹拌板によって回転体内部の正極活物質の粉末粒子を次々に持ち上げる。撹拌板で持ち上げた正極活物質の粉末粒子は、回転体のさらなる回転によって撹拌板から次々に落下する。落下した正極活物質の粉末粒子、または、回転体内部を舞う正極活物質の粉末粒子に、第1の空気導入ノズルから空気を吹き付けて、さらに回転体内部で撹拌する。このように回転体内部で正極活物質の粉末粒子を一部に滞留させずに十分に撹拌することで、被覆材噴霧ノズルから噴霧された被覆材を回転体内部の正極活物質の粉末粒子のそれぞれに均一に、また、正極活物質の粉末粒子全体に均一に付着させる。また、被覆材が均一に付着した正極活物質の粉末粒子に対し、第2の空気導入ノズルから空気を吹き付けて乾燥させる。これにより、被覆材をさらに良好に正極活物質の粉末粒子の表面に形成する。
本発明の実施形態に係る正極活物質の粉末粒子の被覆方法を用いた被覆正極活物質の製造方法について説明する。まず、正極活物質前駆体の原料となる遷移金属の水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア水を別々の槽に用意する。遷移金属の水溶液は、例えば硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンを所定のモル比で含む水溶液であってもよい。次に、これらを一つの反応槽に投入して晶析法により反応させ、ろ過、水洗及び乾燥を行うことで、所定の組成式[例えば、NixCoyMnz(OH)2、x+y+z=1]で示される前駆体粉体(粉末粒子)を得る。次に前駆体粉体を所定量のリチウム源(水酸化リチウム又は炭酸リチウム)と混練後、所定の焼成条件で焼成した後、解砕することで、正極活物質を得る。
本発明の実施形態に係る被覆正極活物質の製造方法によって製造された被覆正極活物質を用いて正極層を形成し、固体電解質層、当該正極層及び負極層を備えた全固体リチウムイオン電池を作製することができる。
図1に本発明の実施例に係る被覆装置10の模式図を示す。被覆装置10は、被覆処理対象の粉末粒子(正極活物質)7を収容する空間を内部に備える円筒状でSUS製の回転体1を備える。回転体1は軸方向の長さが3m、円筒状の断面の内径が1mに形成されている。回転体は、ローラー6で支持されており、ローラー6の回転に伴って、時計回りに60度だけ回転した後、今度は反時計回りに60度だけ回転することを交互に続ける。
2 被覆材噴霧ノズル
3 第1の空気導入ノズル
4 第2の空気導入ノズル
5 撹拌板
6 ローラー
7 粉末粒子
8 空気収集部
10 被覆装置
Claims (7)
- 被覆処理対象の正極活物質の粉末粒子を収容する空間を内部に備える円筒状の回転体と、
前記回転体の軸方向に伸び、前記回転体の内壁面から前記回転体の内径方向に起立するように設けられ、前記回転体の周方向に間隔を空けて複数設けられた撹拌板と、
被覆材噴霧ノズル及び第1の空気導入ノズルと、
を備えた被覆装置を用いた粉末粒子の被覆方法であり、
前記被覆処理対象の正極活物質の粉末粒子を前記回転体の内部へ収容し、前記回転体を回転させて前記複数の撹拌板によって前記粉末粒子を次々に持ち上げ、前記回転体のさらなる回転によって前記撹拌板から粉末粒子を次々に落下させる工程と、
前記落下した粉末粒子、及び、前記回転体の回転によって前記回転体内部を舞う粉末粒子に、前記第1の空気導入ノズルから空気を吹き付けて、さらに前記回転体内部で撹拌しながら、前記被覆材噴霧ノズルから被覆材を前記粉末粒子に噴霧する工程と、
を備え、
前記被覆材がニオブのオキサラト錯体及び/またはニオブのオキサラトアンミン錯体と、リチウムとを含有する溶液である全固体リチウムイオン電池用正極活物質の粉末粒子の被覆方法。 - 前記第1の空気導入ノズルは、前記回転体の回転に伴い、前記撹拌板に持ち上げられて落とされた前記粉末粒子の落下開始位置に空気を吹き付ける請求項1に記載の全固体リチウムイオン電池用正極活物質の粉末粒子の被覆方法。
- 前記被覆装置が第2の空気導入ノズルをさらに備え、
前記被覆材が噴霧された粉末粒子に前記第2の空気導入ノズルから空気を吹き付けて乾燥させる工程をさらに備えた請求項1又は2に記載の全固体リチウムイオン電池用正極活物質の粉末粒子の被覆方法。 - 前記被覆材噴霧ノズルは前記回転体の内部の上部に位置し、前記回転体の内部の下方に向かって被覆材を噴霧し、
前記第2の空気導入ノズルは、前記被覆材噴霧ノズルによって被覆材が噴霧された粉末粒子の下方から、上方に向かって空気を吹き付ける請求項3に記載の全固体リチウムイオン電池用正極活物質の粉末粒子の被覆方法。 - 前記被覆材噴霧ノズルは前記回転体の内部の上部に位置し、前記回転体の内部の下方に向かって被覆材を噴霧し、
前記第2の空気導入ノズルは、前記被覆材噴霧ノズルによって被覆材が噴霧された粉末粒子の一方の側方から、他方の側方に向かって空気を吹き付ける請求項3に記載の全固体リチウムイオン電池用正極活物質の粉末粒子の被覆方法。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載の正極活物質の粉末粒子の被覆方法によって表面が被覆された正極活物質を焼成して、被覆材をリチウムとニオブを含有した複合酸化物にすることにより、全固体リチウムイオン電池用被覆正極活物質を製造する方法。
- 請求項6に記載の全固体リチウムイオン電池用被覆正極活物質の製造方法で作製した全固体リチウムイオン電池用被覆正極活物質を用いて正極層を形成し、固体電解質層、前記正極層及び負極層を備えた全固体リチウムイオン電池を製造する方法。
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