JP7318842B1 - リチウムイオン二次電池用正極活物質およびリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)一次粒子径が0.1μm以上1μm以下であり、50%累積体積粒度D50が1μm以上10μm以下
(2)90%累積体積粒度D90と10%累積体積粒度D10との比率D90/D10が2以上6以下
(3)中和滴定により測定された粒子表面の残存アルカリに含まれる炭酸リチウム量が0.1質量%以上0.8質量%以下
Li1+aNibCocMdXeO2+α ・・・(1)
[但し、組成式(1)において、Mは、Al及びMnから選ばれる少なくとも1種の元素であり、XはTi、Ga、Mg、Zr、Znからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、-0.10≦a≦0.10、0.80≦b<1.00、0≦c≦0.20、0≦d≦0.20、0≦e≦0.05、b+c+d+e=1.00、-0.20≦α≦0.20を満たす数である。]
走査型電子顕微鏡で評価した前記一次粒子の粒子径の平均値(以下、平均一次粒子径と記載する)が50nm以上、550nm以下であり、X線粉末回折測定における、α-NaFeO2型層状構造の006面と同定されたピークの高さより算出した強度I006と、102面と同定されたピークの高さより算出した強度I102と、101面と同定されたピークの高さより算出した強度I101とに基づき下記の式(2)
R値=(I006+I102)/I101 ・・・(2)
により算出されるR値が0.420超え、0.460以下である。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質は、α-NaFeO2型層状構造を有するリチウム複合酸化物である。層状構造を有することで、含まれるLi元素をイオンとして挿入及び脱離することが可能であり、さらにNi元素を含むことで高い放電容量を実現することができる。
本実施形態に係る正極活物質は、主成分であるリチウム複合酸化物の他、原料や製造過程に由来する不可避的不純物、リチウム複合酸化物の粒子を被覆する他成分、例えば、ホウ素成分、リン成分、硫黄成分、フッ素成分、有機物等や、リチウム複合酸化物の粒子と共に混合される他成分等を含んでもよい。
Li1+aNibCocMdXeO2+α ・・・(1)
[但し、組成式(1)において、Mは、Al及びMnから選ばれる少なくとも1種の元素であり、XはTi、Ga、Mg、Zr、Znからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、-0.10≦a≦0.10、0.80≦b<1.00、0≦c≦0.20、0≦d≦0.20、0≦e≦0.05、b+c+d+e=1、-0.20≦α≦0.20を満たす数である。]
(但し、前記式(3)中、M´は、Ni、Co、Mn等の金属元素を表す。)
正極活物質は、前記リチウム複合酸化物の一次粒子と、一次粒子からなる二次粒子を有する。このとき正極活物質は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子を含み、二次粒子の内部は、複数の一次粒子同士が界面を介して隣接し合って構成されている。但し、全ての一次粒子同士が界面を形成しているものではなく、多くの一次粒子同士が界面を形成していることでよい。この正極活物質の二次粒子(造粒体)は、例えば、後述する正極活物質の製造方法によって製造された一次粒子を、乾式造粒又は湿式造粒によって造粒することによって二次粒子化することができる。具体的な造粒手段としては、例えば、スプレードライヤーや転動流動層装置等の造粒機が挙げられる。このように一次粒子からなる二次粒子とすることで比表面積が小さくなるため、成形密度や正極活物質の充填率が十分に高い正極を得ることができるため好ましい。
上述の平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、正極活物質表面、すなわち二次粒子の表面を観察することにより算出することができる。具体的には図3に示すように、SEM像より、一次粒子の最大径(長径と言う)と最大径と直交する方向の径(短径と言う)を測定し、長径と短径を足し、2で割った値を一次粒子径(一次粒子径=(長径+短径)/2)とした。そして、任意の50個の粒子の一次粒子径を計測し、一次粒子径が小さい順に6粒子目から44粒子目の一次粒子の粒子径を算術平均して平均値を算出する。
本発明の実施形態の正極活物質は、X線粉末回折測定における、α-NaFeO2型層状構造の006面と同定されたピークの高さより算出した強度I006と、102面と同定されたピークの高さより算出した強度I102と、101面と同定されたピークの高さより算出した強度I101とに基づき算出されるR値が0.420を超え、0.460以下である。このR値はα-NaFeO2型の結晶構造におけるリチウムサイトにニッケルイオンが混入するカチオンミキシング量に依存することが分かった。即ち、このR値が小さくなっていくと、カチオンミキシング量が少なくリチウムサイトへのニッケルイオンの混入が少なくなり、充放電時にLiイオンがリチウムサイト内をスムーズに移動できる。このため拡散抵抗が小さく、初期容量が高くなることが分かった。具体的にはR値が0.460以下であるとカチオンミキシングが少なく、高い放電容量が得られる。R値は後述するように焼成温度や時間等に影響されるが、R値が0.420以下になると焼成が過剰である傾向にあり、結果、平均一次粒子径が粗大となり、良好な充放電サイクル特性が得られない虞れがある。R値の上限側は、好ましくは0.450以下、より好ましくは0.435以下である。他方、下限側は、好ましくは0.425以上、より好ましくは0.430以上である。
R値=(I006+I102)/I101 ・・・(2)
R値を各ピークのピーク高さではなく、各ピークの積分強度より算出する手段もあるが、本実施形態では積分強度よりもピーク高さから算出した方が初期容量との相関関係が強く出ることが分かったため、本発明では式(2)のピーク高さを用いて算出する方法を採用した。
本発明の実施形態の正極活物質は、その二次粒子の比表面積は、0.30m2/g以上、1.00m2/g以下であることが好ましい。比表面積は大きいほど、電解液と正極活物質の接触面積が広くなり、正極活物質表面におけるLiイオンの挿入/脱離の抵抗が低くなり、初期容量が向上する。ここで比表面積が0.30m2/g以上では、正極活物質の二次粒子内に細孔が形成されている。この細孔が充放電サイクルに伴う正極活物質の体積の膨張/収縮により生じる応力を抑制することができる。結果、二次粒子に発生するマイクロクラックが抑制され、容量低下が抑制される。比表面積が0.45m2/g以上であることがより好ましい。容量が向上し、容量維持率も高くなる。比表面積が0.60m2/g以上であることがさらに好ましく、比表面積が0.90m2/g以上であることが特に好ましい。さらに、容量が向上し、容量維持率も高くなる。比表面積が1.00m2/g以下であれば、隣接し合った一次粒子同士の結合が確保でき、充放電サイクルに伴う容量低下が抑制される。
正極活物質の比表面積は、Brunauer-Emett-Teller(BET)法等により求めることができる。
また、JIS K5101-13-1に基づく、前記リチウム複合酸化物粉末100g当たりのN-メチル-2-ピロリドンの吸油量(以下では、吸油量と言うことがある。)は、27ml/100g以上、35ml/100g以下であることが好ましい。吸油量が多いほど、電解液と正極活物質の接触面積が広くなり、正極活物質表面におけるLiイオンの挿入/脱離の抵抗が低くなり、容量が向上する。ここで吸油量が27ml/100g以上では、正極活物質の二次粒子内に細孔が形成されている。この細孔が充放電サイクルに伴う正極活物質の体積の膨張/収縮により生じる応力を抑制することができる。結果、二次粒子に発生するマイクロクラックが抑制され、容量低下が抑制される。吸油量が28ml/100g以上であることがより好ましい。容量が向上し、容量維持率も高くなる。吸油量が29ml/100g以上であることがさらに好ましく、吸油量が32ml/100g以上であることが特に好ましい。さらに、容量が向上し、容量維持率も高くなる。吸油量が35ml/100g以下であれば、隣接し合った一次粒子同士の結合が確保でき、充放電サイクルに伴う容量低下が抑制される。
吸油量は、JIS K5101-13-1に準拠して測定し、溶媒はN-メチルピロリドン(NMP)を用いた。正極活物質5.0gを測りとり、平らなバットに山状に設置する。NMPはポリスポイト(2mL容量)で吸い上げ、質量を測定しておく。次に、正極活物質にNMPを滴下しながらスパチュラで混錬し、正極活物質が全体的に粘土状となるまで滴下・混錬を続ける。NMPが過剰となると正極活物質に液滴が吸収されず表面に残る様子を視認でき、この時までに滴下したNMP量を正極活物質100g当たりに換算して吸油量を算出することができる。
また、本発明の実施形態の正極活物質は、その二次粒子の細孔率は、8%以上、24%以下であることが好ましい。細孔率が8%以上であると、充放電サイクルに伴う正極活物質の体積の膨張/収縮により生じる応力を抑制することができる。結果、二次粒子に発生するマイクロクラックが抑制され、容量低下が抑制される。細孔率が12%以上であることがより好ましい。容量が向上し、容量維持率も高くなる。細孔率が24%以下であれば、隣接し合った一次粒子同士の結合が確保でき、充放電サイクルに伴う容量低下が抑制される。
細孔率は、水銀圧入法により測定することが出来る。具体的には、水銀圧入法により細孔径が0.6μm以下の細孔の体積(細孔体積)を測定し、正極活物質の体積で割る(細孔率=細孔径0.6μm以下の細孔体積/正極活物質の体積)ことにより細孔率を算出することができる。
また、最頻細孔径は、0.22μm以上、0.30μm以下であることが好ましい。最頻細孔径が0.22μm以上であると、充放電サイクルに伴う正極活物質の体積の膨張/収縮により生じる応力を抑制することができる。結果、二次粒子に発生するマイクロクラックが抑制され、容量低下が抑制される。最頻細孔径が0.26μm以上であることがより好ましい。容量が向上し、容量維持率も高くなる。最頻細孔径が0.30μm以下であれば、隣接し合った一次粒子同士の結合が確保でき、容量低下が抑制される。
最頻細孔径は、水銀圧入法により測定することが出来る。具体的には、水銀圧入法により細孔径と頻度を示す細孔分布を測定し、細孔径が0.6μm以下の範囲において最も頻度が高い細孔径を、最頻細孔径とした。
次に、前記のリチウム複合酸化物を含む正極活物質(リチウムイオン二次電池用正極活物質)を正極に用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
本発明の正極活物質は、例えば、リチウム複合酸化物が所望の化学組成となるような原料比の下、適切な焼成条件によって、リチウムと、ニッケル等との合成反応を確実に進行させることにより製造できる。例として正極活物質の製造方法を、以下に説明する。
造粒体を造粒工程により得る場合は、造粒工程の前に、原料混合工程を行う。リチウムを含む化合物とLi以外の金属元素を含む化合物とを混合しても良いし、Li以外の金属元素を含む化合物のみを混合しても良い。Liをより均一に分散させるという観点からは、リチウムを含む化合物とLi以外の金属元素を含む化合物とを混合することが好ましい。例えば、これらの原料をそれぞれ秤量し、粉砕及び混合することにより、原料が均一に混和した粉末状の混合物を得ることができる。原料を粉砕する粉砕機としては、例えば、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、ロッドミル、サンドミル等の一般的な精密粉砕機を用いることができる。原料の粉砕は、乾式粉砕としてもよいし、湿式粉砕としてもよい。乾式粉砕の後、水等の溶媒を加えて原料と溶媒から構成されるスラリーとしてもよいし、予め原料に水等の溶媒を加えてスラリー化してから湿式粉砕してもよい。均一で微細な粉末を得る観点からは、水等の媒体を使用した湿式粉砕を行うことがより好ましい。また、原料を均一に分散させることが好ましく、例えば湿式混合においては分散剤を用いてスラリー中の原料の分散性を向上させるとよい。分散剤は、ポリカルボン酸系、ウレタン系、アクリル樹脂系を用いることができ、アクリル樹脂系が好ましい。分散剤の添加量はスラリーの粘度を調整するため任意に加えることができる。
焼成工程では、造粒体を熱処理してリチウム複合酸化物を焼成する。焼成条件を調整することにより、所望のR値や一次粒子径を得ることができる。焼成工程は、熱処理温度が一定の範囲に制御される一段の熱処理で行ってもよいし、熱処理温度が互いに異なる範囲に制御される複数段の熱処理で行ってもよい。但し、結晶の純度が高く、高い放電容量、良好な充放電サイクル特性を示すリチウム複合酸化物を得る観点からは、以下に示す第1熱処理工程と、第2熱処理工程とを含むことが好ましく、第1熱処理工程と第2熱処理工程の条件を満たすことが肝要である。
第1熱処理工程は、酸化性雰囲気下で400℃以上750℃未満の熱処理温度で、2時間以上80時間以下にわたって熱処理して第1前駆体を得ることが好ましい。第1熱処理工程は、熱処理温度が一定の範囲に制御される一段の熱処理で行ってもよいし、熱処理温度が互いに異なる範囲に制御される複数段の熱処理で行ってもよい。第1熱処理工程は、リチウム化合物とニッケル化合物等との反応により、水分または炭酸成分を除去すると共に、リチウム複合酸化物の結晶を生成させることを主な目的とする。焼成前駆体中のニッケルを十分に酸化させて、リチウムサイトにニッケルが混入するカチオンミキシングを抑制し、ニッケルによる立方晶ドメインの生成を抑制する。
第2熱処理工程では、第1熱処理工程で得られた第1前駆体を第1熱処理工程の熱処理温度より高く、かつ、700℃以上900℃以下の熱処理温度で、2時間以上100時間以下にわたって熱処理してリチウム複合酸化物を得る。第2熱処理工程は、層状構造を有するリチウム複合酸化物の結晶粒を、適切な粒径や比表面積まで粒成長させることを主な目的とする。
正極活物質の一次粒子径は、走査型電子顕微鏡「S-4700」(日立製作所製)を使用して次の手順で測定した。30000倍でSEM像を撮影して、一次粒子の長径と短径(図3を参照)を測定し、長径と短径を足して2で割り一次粒子径(一次粒子径=(長径+短径)/2)とした。任意の50粒子の一次粒子径を計測し、一次粒子径が小さい順に6粒子目から44粒子目の一次粒子の粒子径を算術平均して平均値を算出した。
正極活物質の比表面積は、全自動比表面積測定装置「Macsorb」(マウンテック社製)を使用してBET法により求めた。
正極活物質の吸油量はJIS K5101-13-1に準拠して測定し、溶媒はNMP(N-メチルピロリドン)を用いた。正極活物質5.0gを測りとり、平らなバットに山状に設置する。NMPはポリスポイト(2mL容量)で吸い上げ、質量を測定しておく。次に正極活物質にNMPを滴下しながらスパチュラで混錬し、正極活物質が全体的に粘土状となるまで滴下・混錬を続ける。NMPが過剰となると正極活物質に液滴が吸収されず表面に残る様子を視認でき、この時までに滴下したNMP量を正極活物質100g当たりに換算して吸油量とした。
正極活物質の細孔率は、細孔分布測定装置「オートポアIV 9520型」(島津製作所―マイクロメリティックス社製)を使用して水銀圧入法により細孔径が0.6μm以下の細孔の体積(細孔体積)を測定し、正極活物質の体積で割る(細孔率=細孔径0.6μm以下の細孔体積/正極活物質の体積)ことにより求めた。また、細孔分布測定装置により細孔分布を測定し、細孔径が0.6μm以下の範囲において最も頻度が高い細孔径を、最頻細孔径とした。
正極活物質のX線粉末回折測定におけるX線回折パターンは、X線回折装置「X‘Pert PRO MPD」(PANalyticalsei製)を使用し、線源CuKα、管電圧45kV、管電流40mA、サンプリング間隔0.02°/step、発散スリット0.5°、散乱スリット0.5 °、受光スリット0.15mm、走査範囲15 °≦2θ≦80 °の条件で測定した。得られたX線回折パターンより、解析ソフト「HighScorePlus」(PANalyticalsei製)を用いて、Kα2を除去後に、2θ=36°付近の006面、2θ=37°付近の102面、2θ=38°付近の101面の各ピークのピーク高さより、各ピークの強度I006、I102、I101を計測し、R値=(I006+I102)/I101によりR値を求めた。
正極活物質のX線粉末回折測定におけるX線回折パターンは、X線回折装置「X‘Pert PRO MPD」(PANalyticalsei製)を使用し、線源CuKα、管電圧45kV、管電流40mA、サンプリング間隔0.02°/step、発散スリット0.5°、散乱スリット0.5 °、受光スリット0.15mm、走査範囲15 °≦2θ≦80 °の条件で測定した。得られたX線回折パターンより、解析ソフト「HighScorePlus」(PANalyticalsei製)を用いて、Kα2を除去後、2θ=44°付近の104面のピークの半値幅を計測した。
合成した正極活物質の化学組成を、ICP-AES発光分光分析装置「OPTIMA8300」(パーキンエルマー社製)を使用して、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析によって分析した。また、正極活物質の酸素量(組成式(1)におけるα)を不活性ガス融解-赤外線吸収法によって分析した。
[実施例1]
はじめに、原料として、炭酸リチウム、水酸化ニッケル、炭酸コバルト、炭酸マンガン、酸化チタン、酸化アルミニウムを用意し、各原料を金属元素のモル比でLi:Ni:Co:Mn:Ti:Alが、1.03:0.85:0.03:0.08:0.03:0.01となるように秤量し、固形分比が30質量%となるように純水を加えた。そして、粉砕機で湿式粉砕(湿式混合)して平均粒径が0.2μm未満となるよう原料スラリーを調製した(原料混合工程)。
はじめに、原料として、水酸化ニッケル、炭酸マンガン、酸化チタン、酸化アルミニウムを用意し、各原料を金属元素のモル比でNi:Mn:Ti:Alが、0.88:0.08:0.03:0.01となるように秤量し、固形分比が20質量%となるように純水を加えた。そして、粉砕機で湿式粉砕(湿式混合)して平均粒径が0.2μm未満となるよう原料スラリーを調製した(原料混合工程)。
第2熱処理(1段目)の熱処理温度を835℃、熱処理時間を64時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。なお、以下の第2熱処理は1段目を指しており(1段目)の記載は省略する。
第2熱処理の熱処理温度を835℃、熱処理時間を32時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
Li:リチウム以外の金属元素の比を1.05:1.00とし、第2熱処理の熱処理温度を835℃、熱処理時間を32時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
金属元素のモル比でLi:Ni:Co:Mn:Ti:Alが、1.03:0.88:0.03:0.05:0.03:0.01となるように秤量した以外は、実施例1と同様に正極活物質を得た。
原料として、水酸化ニッケル、炭酸コバルト、炭酸マンガン、酸化チタン、酸化アルミニウムを用意し、各原料を金属元素のモル比でNi:Co:Mn:Ti:Alが、0.88:0.03:0.05:0.03:0.01となるように秤量し、第2熱処理の熱処理温度を820℃、熱処理時間を24時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
原料として、水酸化ニッケル、炭酸コバルト、炭酸マンガン、酸化チタン、酸化アルミニウムを用意し、各原料を金属元素のモル比でNi:Co:Mn:Ti:Alが、0.88:0.03:0.05:0.03:0.01となるように秤量し、Li:リチウム以外の金属元素の比を1.05:1.00とし、第2熱処理の熱処理温度を820℃、熱処理時間を12時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
原料として、水酸化ニッケル、炭酸コバルト、炭酸マンガンを用意し、各原料を金属元素のモル比でNi:Co:Mnが、0.88:0.09:0.03となるように秤量し、第2熱処理の熱処理温度を740℃、熱処理時間を32時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
原料として、水酸化ニッケル、炭酸コバルト、酸化チタン、酸化アルミニウムを用意し、各原料を金属元素のモル比でNi:Co:Ti:Alが、0.92:0.03:0.03:0.02となるように秤量し、第2熱処理の熱処理温度を780℃、熱処理時間を64時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
第2熱処理の熱処理温度を810℃とした以外は、実施例1と同様に正極活物質を得た。
Li:リチウム以外の金属元素の比を1.05:1.00とし、第2熱処理の熱処理温度を840℃、熱処理時間を64時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
Li:リチウム以外の金属元素の比を1.01:1.00とし、第2熱処理の熱処理温度を835℃、熱処理時間を32時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
第1熱処理の熱処理温度を520℃とし、第2熱処理の熱処理温度を820℃、熱処理時間を96時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
第2熱処理の熱処理温度を835℃、熱処理時間を10時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
第1熱処理の熱処理温度を520℃とし、第2熱処理の熱処理温度を835℃、熱処理時間を32時間にした以外は、実施例2と同様に正極活物質を得た。
第2熱処理の熱処理温度を830℃とした以外は、実施例6と同様に正極活物質を得た。
第2熱処理の熱処理温度を840℃とした以外は、実施例6と同様に正極活物質を得た。
Li:リチウム以外の金属元素の比を1.03:1.00とし以外は、実施例8と同様に正極活物質を得た。
合成した正極活物質を正極の材料として用いてリチウムイオン二次電池を作製し、リチウムイオン二次電池の放電容量、容量維持率を求めた。はじめに、作製した正極活物質と、炭素系の導電材と、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)に予め溶解させた結着剤とを質量比で94:4.5:1.5となるように混合した。そして、均一に混合した正極合剤スラリーを、厚さ20μmのアルミニウム箔の正極集電体上に、塗布量が10mg/cm2となるように塗布した。次いで、正極集電体に塗布された正極合剤スラリーを120℃で熱処理し、溶媒を留去することによって正極合剤層を形成した。その後、正極合剤層を熱プレスで加圧成形し、直径15mmの円形状に打ち抜いて正極とした。
続いて、作製した正極と負極とセパレータを用いて、リチウムイオン二次電池を作製した。負極としては、直径16mmの円形状に打ち抜いた金属リチウムを用いた。セパレータとしては、厚さ30μmのポリプロピレン製の多孔質セパレータを用いた。正極と負極とをセパレータを介して非水電解液中で対向させて、リチウムイオン二次電池を組み付けた。非水電解液としては、体積比が3:7となるようにエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを混合した溶媒に、1.0mol/LとなるようにLiPF6を溶解させた溶液を用いた。
初期容量(放電容量)は、ニッケル比率から影響を受けることが知られており、ニッケル比率が増加すると高容量となる。初期容量とR値の関係を比較するには、ニッケル比率の影響を除く必要がある。そこで、非特許文献Jaurnal of Materials Chemistry A、Issue5、874~901頁 、及び、Applied sciences、Issue 10、8988に記載されているLi(Ni,Co,Mn)O2の初期容量のデータから、各ニッケル比率において期待される初期容量(期待初期容量)を算出し、式(4)により初期容量率を求めた。その結果を表1に併記する。なお、初期容量はレートの影響も受けるため、期待初期容量の算出には0.02C~0.5Cのレートで測定したデータのみ用いた。また、本発明の正極活物質は添加元素を含むため、期待初期容量より低容量な傾向であった。
初期容量率 =(初期容量の実測値)/(期待初期容量)×100・・・(4)
作製した正極と負極とセパレータを用いて、リチウムイオン二次電池を作製した。負極としては、銅箔の負極集電体上に黒鉛を塗布した負極を直径16mmの円形状に打ち抜いて用いた。セパレータとしては、厚さ30μmのポリプロピレン製の多孔質セパレータを用いた。正極と負極とをセパレータを介して非水電解液中で対向させて、リチウムイオン二次電池を組み付けた。非水電解液としては、体積比が3:7となるようにエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを混合した溶媒に、1.0mol/LとなるようにLiPF6を溶解させ、さらに1.5質量%のビニレンカーボネートを溶解させた溶液を用いた。
[実施例11~15]
第2熱処理における第1前駆体の搭載方法以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。前記搭載方法は、搭載重量、積層厚さ、搭載容器の大きさを変えている。これらの搭載方法を変えることにより、第1前駆体における二酸化炭素の排出状態、液相量、雰囲気中の酸素濃度および二酸化炭素濃度を変化させることができている。その結果、下記する比表面積、吸油量、細孔率、最頻細孔径等の諸物性を制御する結果になっていると考えている。但し、これらの搭載方法と諸物性の制御については一義的に定まるものではなく現場毎にデータの蓄積を行い関連付けていく必要がある。
第2熱処理の熱処理温度を815℃とした以外は、実施例13と同様に正極活物質を得た。
Ni比率を90%とした。
[実施例17]
原料として、炭酸リチウム、水酸化ニッケル、炭酸コバルト、炭酸マンガン、酸化チタン、酸化アルミニウムを用意し、各原料を金属元素のモル比でLi:Ni:Co:Mn:Ti:Alが、1.03:0.90:0.03:0.02:0.03:0.02となるように秤量し、第2熱処理の熱処理温度を800℃、熱処理時間を90時間にした以外は、実施例1と同様に正極活物質を得た。
第2熱処理の熱処理温度を795℃とした以外は、実施例17と同様に正極活物質を得た。
101 電池缶
102 電池蓋
103 正極リード片
104 負極リード片
105 絶縁板
106 シール材
110 捲回電極群
111 正極
111a 正極集電体
111b 正極合剤層
112 負極
112a 負極集電体
112b 負極合剤層
113 セパレータ
Claims (8)
- 下記式(1)で表されるリチウム複合酸化物の一次粒子と、前記一次粒子が凝集した二次粒子とを含み、
Li1+aNibCocMdXeO2+α ・・・(1)
[但し、組成式(1)において、Mは、Al及びMnから選ばれる少なくとも1種の元素であり、XはTi、Ga、Mg、Zr、Znからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、a、b、c、d及びeは、-0.10≦a≦0.10、0.80≦b<1.00、0≦c≦0.20、0≦d≦0.20、0≦e≦0.05、b+c+d+e=1.00、-0.20≦α≦0.20を満たす数である。]
走査型電子顕微鏡で評価した前記一次粒子の粒子径の平均値が50nm以上、550nm以下であり、
X線粉末回折測定における、α-NaFeO2型層状構造の006面と同定されたピークの高さより算出した強度I006と、102面と同定されたピークの高さより算出した強度I102と、101面と同定されたピークの高さより算出した強度I101とに基づき下記の式(2)
R値=(I006+I102)/I101 ・・・(2)
により算出されるR値が0.420超え、0.460以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。 - X線粉末回折測定における、104面と同定されたピークの半値幅と前記R値との和が0.480以上、0.595以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 比表面積が0.30m2/g以上、1.00m2/g以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- JIS K5101-13-1に基づく、リチウム複合酸化物粉末100g当たりのN-メチル-2-ピロリドンの吸油量が27ml/100g以上、35ml/100g以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 水銀圧入法により測定した細孔率が8%以上、24%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 最頻細孔径が0.22μm以上、0.30μm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 前記式(1)におけるaが0.02≦a≦0.10であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含有する正極を備えるリチウムイオン二次電池。
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