JP7132304B2 - 活物質粉体の製造方法及び活物質粉体 - Google Patents
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Description
Li、P及びOを含む非晶質の「非晶質LPO被膜」としては、例えば、リン酸リチウム(Li3PO4)、リン酸水素二リチウム(Li2HPO4)、リン酸二水素リチウム(LiH2PO4)からなる非晶質の被膜が挙げられる。
或いは、後述する実施形態2のように、上述のリン化合物の粉体と正極活物質粒子の粉体とを乾式で混合して、固相反応により非晶質LPO被膜を形成し、洗浄前の活物質粉体を得る手法が挙げられる。
「選択的溶媒」としては、例えば、非晶質LPO被膜は溶解しないが、余剰のP含有物質は溶解するIPA等のアルコールや、NMPなどが挙げられる。
以下、本発明の第1の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に本実施形態1に係る被膜付き正極活物質粒子1の断面図を模式的に示す。この被膜付き正極活物質粒子1が集合した活物質粉体5は、リチウムイオン二次電池を構成する正極板の正極活物質層に用いられる。被膜付き正極活物質粒子1は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質粒子10と、この正極活物質粒子10の粒子表面10mに形成された非晶質LPO被膜20とを備える。
非晶質LPO被膜20は、Li、P及びOを含む非晶質のLPO被膜、具体的には、主としてLi3PO4からなる非晶質の被膜であると考えられる。この非晶質LPO被膜20は、正極活物質粒子10の粒子表面10mの一部に、詳細には、粒子表面10mのうちエッジ面10maの一部に、海島状に形成されている。各非晶質LPO被膜20の厚みは、0.2nm程度である。また、正極活物質粒子10の粒子表面10mにおける非晶質LPO被膜20の被覆率は、本実施形態1では約30%である。
また、本実施形態1の活物質粉体5は、後に詳述するように、この活物質粉体5に含まれる余剰のP含有物質30が極めて少ないため、余剰のP含有物質30に起因して電池の耐久性能(容量維持率)が低下するのを抑制でき、電池の耐久性能(容量維持率)を高くできる。
具体的には、メディアン径D50が5μm程度の正極活物質粒子10(本実施形態1では、LiNi0.2Co0.5Mn0.3O2粒子)の粉体15を用意する(図3(a)参照)。正極活物質粒子10の粒子表面10mには、詳細には、粒子表面10mのうちエッジ面10maには、余剰のLiを起源とするLiOHやLi2Oからなる余剰Li層10iが海島状に存在している。
また別途、100重量部のIPAに対し、0.033重量部のP2O5を溶解させて、Pを含む処理液100(図3(b)参照)を得ておく。
本実施形態1では、予め予備実験を行って洗浄条件を定めた。即ち、100mlのIPAに、40mgの洗浄工程S2終了後の活物質粉体5を加えて攪拌混合し、これをろ過したろ液についてICP分析を行った場合のリン濃度が0.05ppm以下となるように、洗浄条件を定めた。具体的には、500mlのIPAに10gの被膜付き正極活物質粒子1Zの活物質粉体5Zを加えて、1分間にわたり攪拌混合し、その後、これをろ過して、活物質粉体5を回収する。この洗浄工程S2を全部で3回繰り返すと、上述のリン濃度が0.05ppmとなったため、これを本実施形態1の洗浄条件とした。
次いで、第2の実施形態について説明する。実施形態1では、被膜形成工程S1において、正極活物質粒子10の粉体15とPを含む処理液100とを混合して、洗浄前の被膜付き正極活物質粒子1Zの活物質粉体5Zを得た。これに対し、本実施形態2では、被膜形成工程S11において、正極活物質粒子10の粉体15と、リン化合物の粉体とを乾式で混合して、洗浄前の被膜付き正極活物質粒子1Zの活物質粉体5Zを得る点が異なる。
その後は、実施形態1と同様に洗浄工程S2を行い、余剰のP含有物質30を減らして、洗浄済みの被膜付き正極活物質粒子1の活物質粉体5を得る。
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験結果について説明する(図5及び図6参照)。まず実験例1として、実施形態2の被膜形成工程S11のみを行った(洗浄工程S2は行わなかった)洗浄前の活物質粉体5Zを用意した。
また、実験例2として、実施形態2の被膜形成工程S11を行った後、洗浄工程S2を1回のみ行って、活物質粉体5を得た。
また、実験例3として、実施形態2の被膜形成工程S11を行った後、洗浄工程S2を2回行って、活物質粉体5を得た。
また、実験例4として、実施形態2の被膜形成工程S11を行った後、実施形態2と同様に洗浄工程S2を3回行って、実施形態2と同様の活物質粉体5を得た。
次に、実験例1~4の活物質粉体5,5Zを用いて、それぞれラミネートセル型のリチウムイオン電池(不図示)を作製した。即ち、活物質粉体5,5Zを用いて、それぞれ正極板を作製する。具体的には、活物質粉体5,5Zと、導電粒子(アセチレンブラック粒子)と、結着剤(ポリフッ化ビニリデン)と、分散媒(NMP)とを混合して、正極活物質ペーストを作製する。そして、この正極活物質ペーストをアルミニウム箔からなる正極集電箔上に塗布し、乾燥させて、正極集電箔上に正極活物質層を形成する。その後、これをプレスして正極活物質層の密度を高めて、正極板を形成した。
次に、実験例1~4の各正極板と、負極板とをセパレータを介して対向させて、電解液と共にラミネートフィルムからなる外装体内に収容し、電池をそれぞれ作製した。
更に、実施形態1,2では、前述のICP分析を行った場合のリン濃度が0.05ppm以下となるまで、活物質粉体5に含まれるP含有物質30を減らしている。これにより、余剰のP含有物質30に起因して電池の耐久性能(容量維持率)が低下するのを更に効果的に抑制できる。
例えば、実施形態1の被膜形成工程S1では、正極活物質粒子10の粉体15とPを含む処理液100とを混合した後、この混合液をろ過して、被膜付き正極活物質粒子1Zの活物質粉体5Zを得ているが、これに限られない。正極活物質粒子10の粉体15とPを含む処理液100とを混合した後、この混合液を例えば80℃で加熱乾燥させて、被膜付き正極活物質粒子1Zの活物質粉体5Zを得てもよい。
1Z (洗浄前の)被膜付き正極活物質粒子
5 (洗浄済みの)活物質粉体
5Z (洗浄前の)活物質粉体
10 正極活物質粒子
10m (正極活物質粒子の)粒子表面
20 非晶質LPO被膜
30 P含有物質
200 選択的溶媒
S1,S11 被膜形成工程
S2 洗浄工程
Claims (4)
- リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質粒子と、
上記正極活物質粒子の粒子表面に形成され、Li、P及びOを含む非晶質の非晶質LPO被膜と、を備える
被膜付き正極活物質粒子が集合した活物質粉体の製造方法であって、
上記正極活物質粒子の上記粒子表面に上記非晶質LPO被膜を形成した被膜付き正極活物質粒子、及び、Pを含む余剰のP含有物質を含む洗浄前の活物質粉体を得る被膜形成工程と、
上記洗浄前の活物質粉体を、上記非晶質LPO被膜は溶解しないが上記P含有物質は溶解する選択的溶媒で洗浄して、上記活物質粉体に含まれる上記P含有物質を減らす洗浄工程と、を備える
活物質粉体の製造方法。 - 請求項1に記載の活物質粉体の製造方法であって、
前記洗浄工程は、
100mlのイソプロピルアルコール(IPA)に、40mgの上記洗浄工程終了後の前記活物質粉体を加えて攪拌混合し、これをろ過したろ液についてICP分析を行った場合のリン濃度が0.05ppm以下となるまで、上記活物質粉体に含まれる前記P含有物質を減らす
活物質粉体の製造方法。 - リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質粒子と、
上記正極活物質粒子の粒子表面に形成され、Li、P及びOを含む非晶質の非晶質LPO被膜と、を備える
被膜付き正極活物質粒子が集合した活物質粉体であって、
100mlのイソプロピルアルコール(IPA)に40mgの上記活物質粉体を加えて攪拌混合し、これをろ過したろ液についてICP分析を行った場合のリン濃度が0.15ppm以下である
活物質粉体。 - 請求項3に記載の活物質粉体であって、
前記リン濃度が0.05ppm以下である
活物質粉体。
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