JP7313578B2 - 正極材料、その製造方法及び使用、リチウムイオン電池の正極板及びリチウムイオン電池 - Google Patents
正極材料、その製造方法及び使用、リチウムイオン電池の正極板及びリチウムイオン電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7313578B2 JP7313578B2 JP2022565895A JP2022565895A JP7313578B2 JP 7313578 B2 JP7313578 B2 JP 7313578B2 JP 2022565895 A JP2022565895 A JP 2022565895A JP 2022565895 A JP2022565895 A JP 2022565895A JP 7313578 B2 JP7313578 B2 JP 7313578B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- particles
- electrode material
- sintering
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 34
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims description 34
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 title claims description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 214
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 95
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 64
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 52
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 43
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 28
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 26
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 16
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 13
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 12
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 10
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 7
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 5
- -1 polyparaphenylene Polymers 0.000 claims description 5
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000002798 neodymium compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 102220220425 rs1060500794 Human genes 0.000 claims description 3
- 150000003755 zirconium compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 claims description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims description 2
- 150000003658 tungsten compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 claims 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 10
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Inorganic materials [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Chemical compound O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018626 Al(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002706 AlOOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018119 Li 3 PO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011131 Li2B4O7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007780 Li2W2O7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007786 Li2WO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013184 LiBO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019440 Mg(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004835 Na2B4O7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020350 Na2WO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019714 Nb2O3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019804 NbCl5 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006501 ZrSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WDIHJSXYQDMJHN-UHFFFAOYSA-L barium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ba+2] WDIHJSXYQDMJHN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001626 barium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- HFLAMWCKUFHSAZ-UHFFFAOYSA-N niobium dioxide Inorganic materials O=[Nb]=O HFLAMWCKUFHSAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- YHBDIEWMOMLKOO-UHFFFAOYSA-I pentachloroniobium Chemical compound Cl[Nb](Cl)(Cl)(Cl)Cl YHBDIEWMOMLKOO-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J sodium diphosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229940048086 sodium pyrophosphate Drugs 0.000 description 1
- XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N sodium tungstate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][W]([O-])(=O)=O XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 235000019818 tetrasodium diphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- ZSDSQXJSNMTJDA-UHFFFAOYSA-N trifluralin Chemical compound CCCN(CCC)C1=C([N+]([O-])=O)C=C(C(F)(F)F)C=C1[N+]([O-])=O ZSDSQXJSNMTJDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- DZKDPOPGYFUOGI-UHFFFAOYSA-N tungsten dioxide Inorganic materials O=[W]=O DZKDPOPGYFUOGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten(VI) oxide Inorganic materials O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/049—Manufacturing of an active layer by chemical means
- H01M4/0492—Chemical attack of the support material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
本願は2021年06月30日に提出された中国出願202110736089.8の利益を主張しており、該出願の内容は引用によりここに組み込まれている。
多結晶粒子Aと、単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを含み、
粒径D5、D50及びD95が式Iに示される関係を満たす、ことを特徴とする正極材料を提供する。
1.5≦K95=(D95-D5)/D50≦2.5 式I
遷移金属前駆体Nix1Coy1Mnz1(OH)2、リチウム塩及び任意の添加剤を混合して、第1焼結に供し、第1焼結材を得るステップ(1)と、
第1焼結材と任意の導電性グラファイト及び/又は導電性ポリマーとを混合して、第2焼結に供し、多結晶粒子Aを得るステップ(2)と、
遷移金属前駆体Nix2Coy2Mnz2(OH)2、リチウム塩及び任意の添加剤を混合して、第3焼結に供し、単結晶粒子又は単結晶様粒子Bを得るステップ(3)と、
多結晶粒子Aと単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを混合して、前記正極材料を得るステップ(4)とを含み、
x1+y1+z1=1、0.5≦x1≦1、0≦y1≦0.5、0≦z1≦0.5、
x2+y2+z2=1、0.5≦x2≦1、0≦y2≦0.5、0≦z2≦0.5、-0.05≦x1-x2≦0.05である、ことを特徴とする上記正極材料の製造方法を提供する。
(1)本発明では、前記正極材料は、多結晶粒子Aと単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを含むことにより、正極材料のマイクロクラックの発生を顕著に抑制し、正極材料の粒子強度を向上させることができ、具体的には、多結晶粒子Aはマイクロクラックの発生を抑制し、単結晶粒子又は単結晶様粒子は粒子Aの割れを効果的に抑制し、その結果として、該正極材料に高い圧縮密度及び高い圧縮強度を付与し、該正極材料を含む電池が高い体積エネルギー密度及び長いサイクル寿命を有することを確保する。
(2)さらに、本発明では、前記正極材料は高粒子強度を有する多結晶粒子Aを含み、さらに、前記多結晶粒子Aは被覆層を含み、これにより、多結晶粒子Aは一定の弾性を有し、これにより、正極材料を用いた極板の圧延過程で押しつぶされた割合を低下させ、かつ集電体への押圧を減少させ、一方、高強度の正極粒子によって材料の充放電過程でのマイクロクラックの発生も抑えられる。
(3)さらに、本発明では、多結晶粒子Aと単結晶又は単結晶様粒子Bとを個別に製造することにより、2種の材料の特性をそれぞれ最適にし、また、多結晶粒子AとNi含有量が近い単結晶又は単結晶様粒子Bとをブレンドすることにより、高ニッケル多結晶粒子Aの高い充放電容量を維持しつつ、正極材料の安全性及びサイクル特性を顕著に向上させる。
粒径D5、D50及びD95が式Iに示される関係を満たす、ことを特徴とする正極材料を提供する。
1.5≦K95=(D95-D5)/D50≦2.5 式I
さらに、前記多結晶粒子Aの粒径D50は11~20μmである。
0<KA95=(D95-D5)/D50≦1 式II
0.2≦KB95=(D95-D5)/D50≦3 式III
[Li1+a(NixCoyMnzM1-x-y-z)NkO2-wJw] (1)
式(1)において、0≦a≦0.3、0<x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦k≦0.1、0≦w≦0.1であり、MはB、Na、K、Mg、Al、Ca、Ti、Fe、Zn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Ba、Ta及びWから選択される少なくとも1種であり、
NはB、Mg、Al、Ti、V、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Wから選択される少なくとも1種であり、
JはF、Cl、Pのうちの少なくとも1種である。
[Li1+a1(Nix1Coy1Mnz1M’1-x1-y1-z1)N’k1O2-w1J’w1] (2)
式(2)において、0≦a1≦0.3、0<x1≦1、0≦y1≦1、0≦z1≦1、0≦k1≦0.1、0≦w1≦0.1であり、M’はB、Na、K、Mg、Al、Ca、Ti、Fe、Zn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Ba、Ta及びWから選択される少なくとも1種であり、
N’はB、Mg、Al、Ti、V、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Wから選択される少なくとも1種であり、
J’はF、Cl、Pのうちの少なくとも1種である。
[Li1+a2(Nix2Coy2Mnz2M’’1-x2-y2-z2)N’’k2O2-w2J’’w2] (3)
式(3)において、0≦a2≦0.3、0<x2≦1、0≦y2≦1、0≦z2≦1、0≦k2≦0.1、0≦w1≦0.1であり、M’’はB、Na、K、Mg、Al、Ca、Ti、Fe、Zn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Ba、Ta及びWから選択される少なくとも1種であり、
N’’はB、Mg、Al、Ti、V、Sr、Y、Zr、Nb、Mo及びWから選択される少なくとも1種であり、
J’’はF、Cl、Pのうちの少なくとも1種である。
(A2-A1)/A1×100%≦40%である。
遷移金属前駆体Nix1Coy1Mnz1(OH)2、リチウム塩及び任意の添加剤を混合して、第1焼結に供し、第1焼結材を得るステップ(1)と、
第1焼結材と任意の導電性グラファイト及び/又は導電性ポリマーとを混合して、第2焼結に供し、多結晶粒子Aを得るステップ(2)と、
遷移金属前駆体Nix2Coy2Mnz2(OH)2、リチウム塩及び任意の添加剤を混合して、第3焼結に供し、単結晶粒子又は単結晶様粒子Bを得るステップ(3)と、
多結晶粒子Aと単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを混合して、前記正極材料を得るステップ(4)とを含み、
x1+y1+z1=1、0.5≦x1≦1、0≦y1≦0.5、0≦z1≦0.5、
x2+y2+z2=1、0.5≦x2≦1、0≦y2≦0.5、0≦z2≦0.5、-0.05≦x1-x2≦0.05である、ことを特徴とする上記正極材料の製造方法を提供する。
0.5≦tr/tc≦2.5 (4)
多結晶粒子A、単結晶粒子又は単結晶様粒子B、及び正極材料のD5、D50及びD95は以下の方法で測定される。
(1)多結晶粒子Aの製造
モル比換算で、遷移金属水酸化物前駆体Ni0.83Co0.06Mn0.11(OH)2:LiOH:LiF:ZrO2のモル比が1:1.03:0.01:0.005となるように、上記の化合物を均一に混合した後、780℃で24h焼結し、第1焼結材を得て、ここで、昇温時間12h、保温時間12hとした。
(2)第1焼結材、人造グラファイト及び導電性ポリアニリンを1:0.005:0.005の質量比で高速ミキサーにより混合した後、350℃で10h焼結し、最終的には、表面に被覆層Pが被覆された、組成が(Li1.03(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.005)O2F0.01)0.01Pである多結晶粒子Aを得た。多結晶粒子Aの粒径D5、D50及びD95はそれぞれ8.5μm、12.6μm、18.4μmであり、KA95は0.78であり、マイクロメカニカル試験機を用いて測定したところ、平均粒子強度は98MPaであり、粒子破砕前の変形量は破裂前の粒子D50の19.8%である2.5μmであった。
(3)単結晶粒子又は単結晶様粒子B
モル比換算で、遷移金属水酸化物前駆体Ni0.83Co0.06Mn0.11(OH)2:LiOH:ZrO2のモル比が1:1.01:0.005となるように、上記の化合物を均一に混合した後、870℃で24h焼結し、組成がLi1.01(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.005)O2である単結晶粒子又は単結晶様粒子Bを得て、ここで、単結晶粒子又は単結晶様粒子Bの粒径D5、D50及びD95は、それぞれ2.6μm、5.6μm、11.3μm、KB95は1.55であった。
(4)正極材料
多結晶粒子Aと単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを70:30の質量比でブレンドし、高速ミキサーにより混合し、組成が(Li1.024(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.005)O2F0.007)0.007Pである正極材料を得た。該正極材料の粒径D5、D50及びD95は、それぞれ2.3μm、10.7μm、20.5μm、K95は1.70であった。
測定したところ、20kN圧力の条件下で、該正極材料粉体の圧縮密度は3.65g/cm3に達し、正極材料の比表面積A1は0.56m2/gであり、4.5Tで加圧したところ、該正極材料の比表面積A2は0.68m2/gであり、(A2-A1)/A1×100%は21%であった。
実施例1の正極材料のSEM及びC元素分布のmapping図はそれぞれ図1及び図2に示され、図1から、正極材料は多結晶粒子と単結晶又は単結晶様粒子との両方で構成され、大粒子の表面に被覆物質が均一に分散していることが分かった。さらに、図2は図1のC元素分布のmapping図であり、大粒子の表面に均一に分散している弾性被覆層を確認した。
実施例1の多結晶粒子Aでは、単一粒子についてマイクロメカニカル試験機により測定した破裂圧力-変形曲線は図3に示され、図3から、圧力の上昇に伴い、粒子の変位直径が緩やかに増大してから、圧力の更なる上昇に伴い、変位直径が急激に増大し、最終的に破裂を発生する。
(1)多結晶粒子A
モル比換算で、遷移金属水酸化物前駆体Ni0.83Co0.06Mn0.11(OH)2:LiOH:ZrO2のモル比が1:1.04:0.005となるように、上記の化合物を均一に混合した後、700℃で15h焼結し、第1焼結材を得て、ここで、昇温時間7h、保温時間8hとした。
(2)第1焼結材、人造グラファイト及び導電性ポリアニリンを1:0.005:0.005の質量比で高速ミキサーにより混合した後、350℃の条件下で10h焼結し、最終的に、表面に被覆層Pが被覆された、組成が(Li1.04(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.005)O2)0.01Pである多結晶粒子Aを得た。多結晶粒子Aの粒径D5、D50及びD95ははそれぞれ11.4μm、16.7μm、24.5μm、KA95は0.78であり、マイクロメカニカル試験機を用いて測定したところ、その平均粒子強度は95MPaであり、粒子の破砕前の変形量は破裂前の粒子D50の19.2%である3.2μmであった。
(3)単結晶粒子又は単結晶様粒子B
モル比換算で、遷移金属水酸化物前駆体Ni0.83Co0.06Mn0.11(OH)2:LiOHのモル比が1:1.02となるように、上記の化合物を均一に混合した後、870℃で24h焼結し、組成がLi1.02(Ni0.83Co0.06Mn0.11)O2である単結晶粒子又は単結晶様粒子Bを得て、ここで、単結晶粒子又は単結晶様粒子Bの粒径D5、D50及びD95はそれぞれ1.8μm、3.7μm、7.3μm、KB95は1.48であった。
(4)正極材料
多結晶粒子Aと単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを70:30の質量比でブレンドし、高速ミキサーにより混合し、組成が(Li1.034(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.0035)O2)0.007Pである正極材料を得た。該正極材料の粒径D5、D50及びD95はそれぞれ2.0μm、13.2μm、26.6μm、K95は1.86であった。
測定したところ、20kN圧力の条件下で、該正極材料粉体の圧縮密度は3.60g/cm3に達し、正極材料の比表面積A1は0.61m2/gであり、4.5Tで加圧したところ、該正極材料の比表面積A2は0.74m2/gであり、(A2-A1)/A1×100%は21%であった。
(1)多結晶粒子A
モル比換算で、遷移金属水酸化物前駆体Ni0.83Co0.06Mn0.11(OH)2:LiOH:LiF:ZrO2のモル比が1:1.03:0.01:0.005となるように、上記の化合物を均一に混合した後、780℃で24h焼結し、第1焼結材を得て、ここで、昇温時間12h、保温時間12hとした。
(2)第1焼結材と人造グラファイトとを1:0.01の質量比で高速ミキサーにより混合した後、350℃の条件下で10h焼結し、最終的に、表面に被覆層Pが被覆され、組成が(Li1.03(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.005)O2F0.01)0.01Pである多結晶粒子Aを得た。多結晶粒子Aの粒径D5、D50及びD95はそれぞれ8.4μm、12.5μm、18.3μm、KA95は0.79であり、マイクロメカニカル試験機を用いて測定したところ、その平均粒子強度は89MPaであり、粒子の破砕前の変形量は破裂前の粒子D50の21.6%である2.7μmであった。
(3)単結晶粒子又は単結晶様粒子Bを実施例1のステップ(3)と同様にして製造した。
(4)正極材料
多結晶粒子Aと単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを70:30の質量比でブレンドし、高速ミキサーにより混合し、組成が(Li1.024(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.005)O2F0.007)0.007Pである正極材料を得た。該正極材料の粒径D5、D50及びD95はそれぞれ2.3μm、10.7μm、20.4μm、K95は1.69であった。
測定したところ、20kN圧力の条件下で、該正極材料粉体の圧縮密度は3.63g/cm3に達し、正極材料の比表面積A1は0.58m2/gであり、4.5Tで加圧したところ、該正極材料の比表面積A2は0.71m2/gであり、(A2-A1)/A1×100%は22%であった。
(1)多結晶粒子A
モル比換算で、遷移金属水酸化物前駆体Ni0.83Co0.06Mn0.11(OH)2:LiOH:LiF:ZrO2が1:1.03:0.01:0.005となるように、上記の化合物を均一に混合した後、780℃で24h焼結し、第1焼結材を得て、ここで、昇温時間18h、保温時間9hとした。
(2)実施例1のステップ(2)と同様であった。組成が(Li1.03(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.005)O2F0.01)0.01Pである多結晶粒子Aを得た。多結晶粒子Aの粒径D5、D50及びD95はそれぞれ6.2μm、11.9μm、17.3μm、KA95は0.93であり、マイクロメカニカル試験機を用いて測定したところ、その平均粒子強度は102MPaであり、粒子の破砕前の変形量は破裂前の粒子D50の16.8%である2μmであった。
(3)実施例1のステップ(3)と同様であった。
(4)正極材料
多結晶粒子Aと単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを80:20の質量比でブレンドし、高速ミキサーにより混合し、組成が(Li1.026(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.005)O2F0.008)0.008Pである正極材料を得た。該正極材料の粒径D5、D50及びD95はそれぞれ2.6μm、11.4μm、21.2μm、K95は1.63であった。
測定したところ、20kN圧力の条件下で、該正極材料粉体の圧縮密度は3.70g/cm3に達し、正極材料の比表面積A1は0.50m2/gであり、4.5Tで加圧したところ、該正極材料の比表面積A2は0.58m2/gであり、(A2-A1)/A1×100%は16%であった。
ステップ(2)を行わず、ステップ(1)で得られた第1焼結材は、組成がLi1.03(Ni0.83Co0.060Mn0.11Zr0.005)O2F0.01である多結晶粒子Aを得た以外、実施例1の方法と同様にして正極材料を製造した。多結晶粒子Aの粒径D5、D50及びD95はそれぞれ9.0μm、13.1μm、19μm、KA95は0.76であり、マイクロメカニカル試験機を用いて測定したところ、その平均粒子強度は82MPaであり、粒子の破砕前の変形量は破裂前の粒子D50の13.7%である1.8μmであった。
ステップ(3)、及びステップ(4)は、実施例1のステップ(3)、及びステップ(4)と同様に行われた。最終的に、組成が(Li1.024(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.005)O2F0.007)0.007Pである正極材料を得た。該正極材料の粒径D5、D50及びD95はそれぞれ2.5μm、10.9μm、20.5μm、K95は1.65であった。
測定したところ、20kN圧力の条件下で、該正極材料粉体の圧縮密度は3.55g/cm3に達し、正極材料の比表面積A1は0.54であり、4.5Tの圧力で加圧したところ、該正極材料の比表面積A2は0.71であり、(A2-A1)/A1×100%は30%であった。
ステップ(3)、及びステップ(4)を行わなかった以外、実施例1の方法と同様にして正極材料を製造した。多結晶粒子Aを正極材料とした。多結晶粒子Aの粒径D5、D50及びD95はそれぞれ8.5μm、12.6μm、18.4μm、KA95は0.78であり、マイクロメカニカル試験機を用いて測定したところ、その平均粒子強度は98MPaであり、粒子の破砕前の変形量は破裂前の粒子D50の19.8%である2.5μmであった。
測定したところ、20kN圧力の条件下で、該正極材料粉体の圧縮密度は3.2g/cm3であり、正極材料の比表面積A1は0.42であり、4.5Tの圧力で加圧したところ、該正極材料の比表面積A2は0.68であり、(A2-A1)/A1×100%は62%であった。
(1)多結晶粒子A
モル比換算で、遷移金属水酸化物前駆体Ni0.83Co0.06Mn0.11(OH)2:LiOHのモル比が1:1.09となるように、上記の化合物を均一に混合した後、600℃で10h焼結し、第1焼結材を得て、ここで、昇温時間6h、保温時間4hとした。
(2)第1焼結材、人造グラファイト及び導電性ポリアニリンを1:0.05:0.05の質量比で高速ミキサーにより混合した後、200℃の条件下で6h焼結し、最終的に、表面に被覆層Pが被覆され、組成が(Li1.09Ni0.83Co0.06Mn0.11O2)0.1Pである多結晶粒子Aを得た。多結晶粒子Aの粒径D5、D50及びD95はそれぞれ4.5μm、10.5μm、21.5μm、KA95は1.6であり、マイクロメカニカル試験機を用いて測定したところ、100MPaであり、粒子の破砕前の変形量は、破裂前の粒子D50の18.1%である1.9μmであった。
(3)単結晶粒子又は単結晶様粒子B
モル比換算で、遷移金属水酸化物前駆体Ni0.83Co0.06Mn0.11(OH)2:LiOH:ZrO2のモル比が1:1.02:0.01となるように、上記の化合物を均一に混合した後、1000℃で24h焼結し、組成がLi1.02(Ni0.83Co0.06Mn0.11Zr0.01)O2である単結晶粒子又は単結晶様粒子Bを得て、ここで、単結晶粒子又は単結晶様粒子Bの粒径D5、D50及びD95はそれぞれ1.8μm、4.3μm、11.5μm、KB95は2.25であった。
(4)ブレンド方法を実施例1と同様にして、高速ミキサーにより混合し、正極材料を得た。該正極材料の粒径D5、D50及びD95はそれぞれ1.6μm、9μm、24.5μm、K95は2.54であった。
測定したところ、20kN圧力の条件下で、該正極材料粉体の圧縮密度は3.46g/cm3に達し、正極材料の比表面積A1は0.33m2/gであり、4.5Tで加圧したところ、該正極材料の比表面積A2は0.45m2/gであり、(A2-A1)/A1×100%は36%であった。
(1)リチウムイオン電池の正極板
実施例及び比較例で製造された正極材料、カーボンブラック、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を95:2.5:2.5の重量比で配合し、アルミニウム箔上に塗布し、乾燥、切断、ロールプレスを行い、リチウムイオン電池の正極板を製造した。
(2)ソフトパック電池
人造グラファイトを負極、PEをセパレータ、リチウムイオン電池の正極板を正極板とし、具体的には、負極として人造グラファイトを銅箔上に塗布し、乾燥、切断、ロールプレスを行って負極板とし、これらの間にPEセパレータを介在し、捲回してケースに入れ、注液、封口をし、捲回型ソフトパック電池を得て、ソフトパック電池の特性を表2に示す。
実施例1の正極材料を用いて製造された正極板の圧延後の断面図のSEMを図5に示し、図5から分かるように、単結晶又は単結晶様粒子の存在により、実施例1の正極材料は集電体への押圧を低減できる。
実施例1及び比較例1の正極材料を用いて製造された正極板を正極としたソフトパック電池のサイクル曲線を図4に示し、図4から分かるように、比較例1に比べて、実施例1の正極材料を用いて製造された正極板を備えたソフトパック電池のサイクル特性は明らかに向上した。
Claims (20)
- 多結晶粒子Aと、単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを含み、
粒径D5、D50及びD95が、式Iに示される関係を満たし、
式(1)に示される組成を有する、ことを特徴とする正極材料。
1.5≦K95=(D95-D5)/D50≦2.5 式I
[Li 1+a (Ni x Co y Mn z M 1-x-y-z )N k O 2-w J w ] (1)
(式(1)において、0≦a≦0.3、0.83<x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦k≦0.1、0≦w≦0.1であり、Mは、B、Na、K、Mg、Al、Ca、Ti、Fe、Zn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Ba、Ta及びWから選択される少なくとも1種であり、
Nは、B、Mg、Al、Ti、V、Sr、Y、Zr、Nb、Mo及びWから選択される少なくとも1種であり、
JはF、Cl及びPのうちの少なくとも1種である。) - 1.5≦K95≦2である、請求項1に記載の正極材料。
- 前記多結晶粒子Aの粒径D50は7~22μmであり、
前記多結晶粒子Aの粒径D5、D50及びD95は式IIに示される関係を満たす、請求項1又は2に記載の正極材料。
0<KA95=(D95-D5)/D50≦1 式II - 前記単結晶粒子又は単結晶様粒子Bの粒径D 50 は0.2~7μmであり、
前記単結晶粒子又は単結晶様粒子Bの粒径D 5 、D 50 及びD 95 は式IIIに示される関係を満たす、請求項1又は2に記載の正極材料。
0.2≦K B 95=(D 95 -D 5 )/D 50 ≦3 式III - 前記多結晶粒子Aの表面に被覆層Pが被覆されており、
多結晶粒子Aの全重量に対して、前記多結晶粒子Aと前記被覆層Pとの質量比が、1:0~0.05である、請求項1~4のいずれか1項に記載の正極材料。 - 前記被覆層Pは導電性グラファイト及び/又は導電性ポリマーによるものであり、
前記導電性ポリマーはポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンスルフィド、ポリ-3,4-エチレンジオキシチオフェン、及びポリフェニレンビニレンから選択される少なくとも1種である、請求項5に記載の正極材料。 - 前記正極材料において、前記多結晶粒子Aと前記単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとの質量比が0.01~9:1である、請求項1~6のいずれか1項に記載の正極材料。
- マイクロメカニカル試験機を用いた測定では、前記多結晶粒子Aの単一粒子の強度が50MPa以上であり、
前記多結晶粒子Aの破裂前の変形量が多結晶粒子AのD50×(5~25%)である、請求項1~7のいずれか1項に記載の正極材料。 - 圧力20kNの条件下で、前記正極材料の粉体圧縮密度が3.5g/cm3以上である、請求項1~8のいずれか1項に記載の正極材料。
- 前記正極材料の比表面積をA1、4.5Tの圧力で押し割った後の比表面積をA2とすると、(A2-A1)/A1×100%≦40%である、請求項1~9のいずれか1項に記載の正極材料。
- 遷移金属前駆体Nix1Coy1Mnz1(OH)2、リチウム塩及び添加剤を混合して、第1焼結に供し、第1焼結材を得るステップ(1)と、
第1焼結材と導電性グラファイト及び/又は導電性ポリマーとを混合して、第2焼結に供し、多結晶粒子Aを得るステップ(2)と、
遷移金属前駆体Nix2Coy2Mnz2(OH)2、リチウム塩及び添加剤を混合して、第3焼結に供し、単結晶粒子又は単結晶様粒子Bを得るステップ(3)と、
多結晶粒子Aと単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとを混合して、前記正極材料を得るステップ(4)とを含み、
x1+y1+z1=1、0.5≦x1≦1、0≦y1≦0.5、0≦z1≦0.5、
x2+y2+z2=1、0.5≦x2≦1、0≦y2≦0.5、0≦z2≦0.5、-0.05≦x1-x2≦0.05である、ことを特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載の正極材料の製造方法。 - 前記添加剤はリチウムの化合物、ホウ素の化合物、タングステンの化合物、ネオジムの化合物、アルミニウムの化合物、ジルコニウムの化合物、マグネシウムの化合物、及び塩化物から選択される少なくとも1種である、請求項11に記載の製造方法。
- ステップ(1)においては、前記遷移金属前駆体Nix1Coy1Mnz1(OH)2、前記リチウム塩及び前記添加剤のモル比が1:0.99~1.1:0~1であり、
前記第1焼結の条件は、焼結温度650~800℃、焼結時間15~30hを含む、請求項11又は12に記載の製造方法。 - 前記第1焼結は昇温段階と保温段階を含み、前記昇温段階の昇温時間t r と保温段階の保温時間t c との比が下式を満たす、請求項13に記載の製造方法。
0.5≦t r /t c ≦2.5 (3) - ステップ(2)においては、前記第1焼結材と前記グラファイト及び/又は前記導電性ポリマーとの質量比が1:0~0.05であり、
前記第2焼結の条件は、焼結温度100~400℃、焼結時間4~12hを含む、請求項11~14のいずれか1項に記載の製造方法。 - ステップ(3)においては、前記遷移金属前駆体Nix2Coy2Mnz2(OH)2、前記リチウム塩及び前記添加剤のモル比が1:0.99~1.1:0~1であり、
前記第3焼結の条件は、焼結温度800~1000℃、焼結時間15~30hを含む、請求項11~15のいずれか1項に記載の製造方法。 - 前記多結晶粒子Aと前記単結晶粒子又は単結晶様粒子Bとの質量比が0.01~9:1である、請求項11~16のいずれか1項に記載の製造方法。
- 請求項1~10のいずれか1項に記載の正極材料のリチウムイオン電池への使用。
- 請求項1~10のいずれか1項に記載の正極材料で製造される、ことを特徴とするリチウムイオン電池の正極板。
- 請求項19に記載のリチウムイオン電池の正極板を備える、ことを特徴とするリチウムイオン電池。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110736089.8A CN115548277A (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 正极材料及其制备方法与应用、锂离子电池正极极片以及锂离子电池 |
CN202110736089.8 | 2021-06-30 | ||
PCT/CN2021/112726 WO2022198891A1 (zh) | 2021-06-30 | 2021-08-16 | 正极材料及其制备方法与应用、锂离子电池正极极片以及锂离子电池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023516229A JP2023516229A (ja) | 2023-04-18 |
JP7313578B2 true JP7313578B2 (ja) | 2023-07-24 |
Family
ID=83396281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022565895A Active JP7313578B2 (ja) | 2021-06-30 | 2021-08-16 | 正極材料、その製造方法及び使用、リチウムイオン電池の正極板及びリチウムイオン電池 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US20230268498A1 (ja) |
EP (1) | EP4145566A4 (ja) |
JP (1) | JP7313578B2 (ja) |
KR (1) | KR102640467B1 (ja) |
CN (1) | CN115548277A (ja) |
WO (1) | WO2022198891A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117550656B (zh) * | 2024-01-09 | 2024-04-23 | 阜阳海钠科技有限责任公司 | 一种正极材料及其制备方法和钠电池 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002298847A (ja) | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質電池用正極活物質及びその製造方法 |
JP2008214186A (ja) | 2000-05-30 | 2008-09-18 | Agc Seimi Chemical Co Ltd | リチウム遷移金属複合酸化物 |
JP2009266712A (ja) | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Sakai Chem Ind Co Ltd | リチウム二次電池用正極活物質とその製造方法 |
JP2014035859A (ja) | 2012-08-08 | 2014-02-24 | Toyota Motor Corp | 正極活物質複合材料およびその利用 |
WO2014041793A1 (ja) | 2012-09-11 | 2014-03-20 | 株式会社Gsユアサ | 非水電解質二次電池 |
CN110970602A (zh) | 2018-09-29 | 2020-04-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极活性材料、正极极片以及电化学装置 |
JP2020517079A (ja) | 2017-09-08 | 2020-06-11 | エルジー・ケム・リミテッド | リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法、それを含むリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 |
JP2020191302A (ja) | 2014-05-30 | 2020-11-26 | 住友金属鉱山株式会社 | 被覆リチウム−ニッケル複合酸化物粒子及び被覆リチウム−ニッケル複合酸化物粒子の製造方法 |
US20210126242A1 (en) | 2018-12-29 | 2021-04-29 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | High-compacted-density positive electrode material and electrochemical energy storage apparatus |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3917754B2 (ja) * | 1998-05-19 | 2007-05-23 | 九州電力株式会社 | リチウム電池 |
KR101527751B1 (ko) * | 2012-04-18 | 2015-06-12 | 주식회사 엘지화학 | 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
CN103811744B (zh) | 2014-02-13 | 2016-09-21 | 北大先行科技产业有限公司 | 一种锂离子电池三元正极材料的制备方法 |
KR102545987B1 (ko) * | 2018-03-02 | 2023-06-20 | 유미코아 | 재충전가능 리튬 이온 배터리용 양극 물질 |
CN109524642B (zh) | 2018-10-23 | 2022-01-25 | 桑顿新能源科技有限公司 | 一种混合三元正极材料及其制备方法 |
JP6650064B1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-02-19 | 住友化学株式会社 | 全固体リチウムイオン電池用正極活物質、電極および全固体リチウムイオン電池 |
CN111129448A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-05-08 | 浙江美都海创锂电科技有限公司 | 一种单晶型镍钴锰酸锂三元正极材料及其低温烧结制备方法 |
CN111640912A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-09-08 | 力神动力电池系统有限公司 | 一种正极极片及其制备方法和锂离子二次电池 |
CN112151794A (zh) * | 2020-10-22 | 2020-12-29 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种可大倍率放电的正极片及包括该正极片的锂离子电池 |
CN112751032A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-04 | 上海瑞浦青创新能源有限公司 | 锂离子二次电池及其正极极片 |
CN112811477A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-18 | 北京化工大学 | 一种通过前驱体控制单晶三元正极材料合成的方法 |
-
2021
- 2021-06-30 CN CN202110736089.8A patent/CN115548277A/zh active Pending
- 2021-08-16 US US17/922,495 patent/US20230268498A1/en not_active Abandoned
- 2021-08-16 KR KR1020227040577A patent/KR102640467B1/ko active IP Right Grant
- 2021-08-16 EP EP21932503.2A patent/EP4145566A4/en active Pending
- 2021-08-16 WO PCT/CN2021/112726 patent/WO2022198891A1/zh unknown
- 2021-08-16 JP JP2022565895A patent/JP7313578B2/ja active Active
-
2023
- 2023-02-23 US US18/173,532 patent/US20230207802A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008214186A (ja) | 2000-05-30 | 2008-09-18 | Agc Seimi Chemical Co Ltd | リチウム遷移金属複合酸化物 |
JP2002298847A (ja) | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質電池用正極活物質及びその製造方法 |
JP2009266712A (ja) | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Sakai Chem Ind Co Ltd | リチウム二次電池用正極活物質とその製造方法 |
JP2014035859A (ja) | 2012-08-08 | 2014-02-24 | Toyota Motor Corp | 正極活物質複合材料およびその利用 |
WO2014041793A1 (ja) | 2012-09-11 | 2014-03-20 | 株式会社Gsユアサ | 非水電解質二次電池 |
JP2020191302A (ja) | 2014-05-30 | 2020-11-26 | 住友金属鉱山株式会社 | 被覆リチウム−ニッケル複合酸化物粒子及び被覆リチウム−ニッケル複合酸化物粒子の製造方法 |
JP2020517079A (ja) | 2017-09-08 | 2020-06-11 | エルジー・ケム・リミテッド | リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法、それを含むリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 |
CN110970602A (zh) | 2018-09-29 | 2020-04-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极活性材料、正极极片以及电化学装置 |
US20210126242A1 (en) | 2018-12-29 | 2021-04-29 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | High-compacted-density positive electrode material and electrochemical energy storage apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20230005894A (ko) | 2023-01-10 |
CN115548277A (zh) | 2022-12-30 |
EP4145566A1 (en) | 2023-03-08 |
US20230207802A1 (en) | 2023-06-29 |
WO2022198891A1 (zh) | 2022-09-29 |
EP4145566A4 (en) | 2024-04-17 |
JP2023516229A (ja) | 2023-04-18 |
US20230268498A1 (en) | 2023-08-24 |
KR102640467B1 (ko) | 2024-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11177475B2 (en) | Ternary positive electrode material, and lithium ion battery | |
JP5843753B2 (ja) | リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池 | |
JP2017157548A (ja) | 非水電解質二次電池用正極活物質、非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法 | |
US11955599B2 (en) | Negative electrode material and battery | |
CN111172582A (zh) | 一种碳包覆单晶型镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法 | |
CN114789993A (zh) | 一种改性硫银锗矿型化物固态电解质及其制备方法和应用 | |
JP7313578B2 (ja) | 正極材料、その製造方法及び使用、リチウムイオン電池の正極板及びリチウムイオン電池 | |
CN117012948A (zh) | 一种正极材料及其制备方法、钠离子电池 | |
JP3951715B2 (ja) | リチウムイオン二次電池の正極活物質およびその製造方法 | |
CN117645323A (zh) | 一种正极材料及其制备方法和应用 | |
WO2024130869A1 (zh) | 一种三元共掺混磷酸锰铁锂材料及其制备方法与应用 | |
JP2019175701A (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、成形体、集合体、及び、非水系電解質二次電池の製造方法 | |
KR20220101287A (ko) | 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법, 이로부터 형성된 리튬 이차전지용 양극 활물질, 이를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 리튬 이차전지 | |
EP3790083A1 (en) | Anti-compression positive electrode active material and electrochemical energy storage device | |
KR102649779B1 (ko) | 이차전지용 전극 활물질 | |
WO2022219843A1 (ja) | 電池 | |
JP7500709B2 (ja) | 新規な固体電解質及びその製造方法 | |
WO2021085114A1 (ja) | リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法 | |
KR20230094569A (ko) | 전고체 전지용 양극 활물질 및 그 제조 방법, 양극 및 전고체 전지 | |
CN115196690A (zh) | 一种高性能钠离子电池正极材料及其制备方法 | |
CN117996066A (zh) | 一种钛或锆掺杂的无钴无镍o2型富锂氧化物正极材料及其制备方法和应用 | |
TW202420626A (zh) | 鹵化物固體電解質、製造其之方法及包含其之二次電池 | |
KR20220055953A (ko) | 리튬 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법, 이를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 리튬 이차전지 | |
CN118173761A (zh) | 一种钠离子正极材料及钠离子电池 | |
CN116435480A (zh) | 一种改性钴酸锂材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221027 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20221118 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230320 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230614 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230703 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230711 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7313578 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |