JP7366663B2 - 全固体二次電池用正極活物質複合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
リチウム複合粒子(C)は、下記式(1)、又は式(2):
LiNiaCobMncM1 vO2・・・(1)
(式(1)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数を示す。)
LiNidCoeAlfM2 wO2 ・・・(2)
(式(2)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、xは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に、下記式(3)、式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、又は式(8):
LigMnhFeiM3 xPO4 ・・・(3)
(式(3)中、M3はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h、i、及びxは、0<g≦1.2、0.3≦h≦1、0≦i≦0.7、及び0≦x≦0.3を満たし、かつg+(Mnの価数)×h+(Feの価数)×i+(M3の価数)×x=3を満たす数を示す。)
LijMnkFelM4 ySiO4 ・・・(4)
(式(4)中、M4はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦2.4、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、0≦y≦1.2、及びk+l≠0を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M4の価数)×y=4を満たす数を示す。)
LiM5 pCoqO2 ・・・(5)
(式(5)中、M5はNi、Mn、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(5)中、p及びqは、0≦p≦0.1、0<q≦1、及び(M5の価数)×p+3q=3を満たす数を示す。)
LiM6 rMnsO4 ・・・(6)
(式(6)中、M6はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(6)中、o及びpは、0≦r≦0.1、0<s≦2、及び(M6の価数)×r+(Mnの価数)×s=7を満たす数を示す。)
LiNitMn1-tO4 ・・・(7)
(式(7)中、tは0.3≦t≦0.7を満たす数を示す。)
Li2MnO3-LiM8O2 ・・・(8)
(式(8)中、M8はNi、Mn、Co、Al、Fe、Cr、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、及びCeから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。)
で表されるいずれか1種以上のリチウム正極活物質粒子(B)が担持してなる粒子である、全固体二次電池用正極活物質複合体を提供するものである。
(I)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
(II)リチウム系固体電解質粒子(D)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質粒子(D)の造粒体(d)を得る工程、
(III)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
(IV)リチウム複合粒子(C)及び造粒体(d)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(d)を解砕させながら、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化する工程
を備える、上記全固体二次電池用正極活物質複合体の製造方法を提供するものである。
本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体は、リチウム複合粒子(C)の表面に、1種以上のリチウム系固体電解質粒子(D)が担持してなる。かかるリチウム複合粒子(C)は、下記式(1)、又は式(2):
LiNiaCobMncM1 vO2・・・(1)
(式(1)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数を示す。)
LiNidCoeAlfM2 wO2 ・・・(2)
(式(2)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、xは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に、下記式(3)、式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、又は式(8):
LigMnhFeiM3 xPO4 ・・・(3)
(式(3)中、M3はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h、i、及びxは、0<g≦1.2、0.3≦h≦1、0≦i≦0.7、及び0≦x≦0.3を満たし、かつg+(Mnの価数)×h+(Feの価数)×i+(M3の価数)×x=3を満たす数を示す。)
LijMnkFelM4 ySiO4 ・・・(4)
(式(4)中、M4はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦2.4、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、0≦y≦1.2、及びk+l≠0を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M4の価数)×y=4を満たす数を示す。)
LiM5 pCoqO2 ・・・(5)
(式(5)中、M5はNi、Mn、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(5)中、p及びqは、0≦p≦0.1、0<q≦1、及び(M5の価数)×p+3q=3を満たす数を示す。)
LiM6 rMnsO4 ・・・(6)
(式(6)中、M6はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(6)中、o及びpは、0≦r≦0.1、0<s≦2、及び(M6の価数)×r+(Mnの価数)×s=7を満たす数を示す。)
LiNitMn1-tO4 ・・・(7)
(式(7)中、tは0.3≦t≦0.7を満たす数を示す。)
Li2MnO3-LiM8O2 ・・・(8)
(式(8)中、M8はNi、Mn、Co、Al、Fe、Cr、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、及びCeから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。)
で表されるいずれか1種以上のリチウム正極活物質粒子(B)が担持してなる粒子である。
上記リチウム複合粒子(C)を構成するリチウム複合酸化物二次粒子(A)は、上記式(1)、又は(2)で表されるリチウム複合酸化物粒子からなる二次粒子である。
また、上記式(1)中のa、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数である。
上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.2Co0.4Mn0.4O2、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2、又はLiNi0.33Co0.31Mn0.33Zn0.03O2等が挙げられる。なかでも、LiNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2等のNi量の少ない組成からなる粒子が好ましい。
さらに、シェル部は、コア部の外側に形成されてなるものであればよく、コア部同様に1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。
ここで、平均粒径とは、SEM又はTEMの電子顕微鏡観察において、数十個の粒子の粒径(長軸の長さ)の測定値の平均値を意味し、以後の説明においても同義である。
また、かかるコア部の表面を被覆するシェル部を構成するNCM系複合酸化物粒子の一次粒子としての平均粒径は、好ましくは50nm~500nmであり、より好ましくは50nm~300nmであって、かかる一次粒子が凝集して形成するシェル部の層厚は、好ましくは0.1μm~5μmであり、より好ましくは0.1μm~2.5μmである。
かかる平均粒径及び内部空隙率を有することで、上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子からなるNCM系複合酸化物二次粒子(A)の表面では、NCM系複合酸化物粒子をリチウム正極活物質粒子(B)が複合化して担持されて存在するため、リチウムイオンの挿入に伴うNCM系複合酸化物の膨張をNCM系複合酸化物二次粒子(A)の内部側に向かわせることができる。
また、上記式(2)中のd、e、f、wは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数である。
上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33Al0.34O2、LiNi0.8Co0.1Al0.1O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Zn0.03O2等からなる粒子が挙げられる。なかでも、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2からなる粒子が好ましい。
かかる平均粒径及び内部空隙率を有することで、NCM系複合酸化物粒子同様に、上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子からなるNCA系複合酸化物二次粒子(A)の表面では、NCA系複合酸化物粒子にリチウム正極活物質粒子(B)が複合化して担持されて存在するため、リチウムイオンの挿入に伴うNCA系複合酸化物の膨張をNCA系複合酸化物二次粒子(A)の内部側に向かわせることができる。
下記式(3)、又は式(4):
LigMnhFeiM3 xPO4 ・・・(3)
(式(3)中、M3はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h、i、及びxは、0<g≦1.2、0.3≦h≦1、0≦i≦0.7、及び0≦x≦0.3を満たし、かつg+(Mnの価数)×h+(Feの価数)×i+(M3の価数)×x=3を満たす数を示す。)
LijMnkFelM4 ySiO4 ・・・(4)
(式(4)中、M4はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦2.4、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、0≦y≦1.2、及びk+l≠0を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M4の価数)×y=4を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、オリビン型構造を有する正極活物質からなる粒子である。
さらに、シェル部は、コア部の外側に形成されてなるものであればよく、コア部同様に1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。
なお、コア-シェル構造を形成してなるリチウム正極活物質粒子(B)の平均粒径は、かかるリチウム正極活物質粒子(B)に式(3)で表されるリチウム系ポリアニオンを含む場合には、好ましくは50nm~200nmであり、より好ましくは50nm~150nmであり、さらに好ましくは50nm~100nmであり、式(4)で表されるリチウム系ポリアニオンを含む場合には、好ましくは20nm~200nmであり、より好ましくは20nm~150nmであり、さらに好ましくは20nm~100nmである。
なお、ここでのリチウム正極活物質粒子(B)の担持量は、上記炭素(c)の担持量を含むものである。
ここで、リチウム正極活物質粒子(B)の担持層の厚さとは、リチウム複合粒子(C)の断面(クロスセクション)に関するTEM観察において、十個のリチウム複合粒子(C)表面におけるリチウム正極活物質粒子(B)の担持層の厚さの測定値の平均値を意味し、以後の説明においても同義である。
LiM5 pCoqO2 ・・・(5)
(式(5)中、M5はNi、Mn、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(5)中、p及びqは、0≦p≦0.1、0<q≦1、及び(M5の価数)×p+3q=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、層状岩塩型構造の結晶構造を有する正極活物質からなる粒子である。
具体的には、LiCoO2、LiMn0.05Co0.95O2、LiAl0.05Co0.95O2、LiMg0.03Co0.98O2、LiSi0.03Co0.96O2を用いることができる。なかでも、LiCoO2が好ましい。
LiM6 rMnsO4 ・・・(6)
(式(6)中、M6はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(6)中、o及びpは、0≦r≦0.1、0<s≦2、及び(M6の価数)×r+(Mnの価数)×s=7を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、層状岩塩型構造の結晶構造を有する正極活物質からなる粒子である。
LiNitMn1-tO4 ・・・(7)
(式(7)中、tは0.3≦t≦0.7を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、スピネル構造を有する正極活物質からなる粒子である。
Li2MnO3-LiM8O2 ・・・(8)
(式(8)中、M8はNi、Mn、Co、Al、Fe、Cr、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、及びCeから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、層状岩塩型構造の結晶構造を有する固溶体を形成する正極活物質からなる粒子である。
具体的には、Li2MnO3-LiNiO2、Li2MnO3-LiCoO2、Li2MnO3-LiMn2O4、Li2MnO3-LiNixMn1-xO2(0<x<1)、Li2MnO3-LiNixCo1-xO2(0<x<1)、Li2MnO3-LiCoxMn1-xO2(0<x<1)、Li2MnO3-LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x<1、0<y<1、0<x+y<1)を用いることができる。なかでも、Li2MnO3-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2が好ましい。
Li1+mAlnM9 zTio(PO4)3 ・・・(9)
(式(9)中、M9はSc、In、Fe、Cr、Ga、Y、La、Zn、Si、Mn、Ge、Nd、Sr又はVから選ばれる1種又は2種以上を示し、m、n、o及びzは、0≦m≦4、0<n≦2、0<o<2、0≦x≦2、m+3n+(M9の価数)×z+4o=8を満たす数を示す。)
Li3PO4-Li4SiO4 ・・・(10)
で表される粒子が好ましい。
また、上記式(9)中のm、n、o及びzは、0≦m≦4、0<n≦2、0<o<2、0≦z≦2、m+3n+(M3の価数)×z+4o=8を満たす数である。
より具体的には、例えば、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3、Li1.1Al0.1Ti1.9(PO4)3、Li1.3Al0.27Ga0.03Ti1.7(PO4)3、Li1.3Al0.27Sc0.03Ti1.7(PO4)3、Li1.3Al0.27Y0.03Ti1.7(PO4)3が挙げられる。なかでも、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3が好ましい。
ここで、リチウム系固体電解質粒子(D)の担持層の厚さとは、全固体二次電池用正極活物質複合体(E)の断面(クロスセクション)に関するTEM観察において、十個の全固体二次電池用正極活物質複合体(E)表面におけるリチウム系固体電解質粒子(D)担持層の厚さの測定値の平均値を意味する。
また、本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体(E)のタップ密度は、好ましくは0.5g/cm3~2.5g/cm3であり、より好ましくは0.5g/cm3~2.0g/cm3である。かかる正極活物質複合体のタップ密度が0.5g/cm3よりも小さい場合、上述のとおり電池のサイクル特性が低下するおそれがある。
(I)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
(II)リチウム系固体電解質粒子(D)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質粒子(D)の造粒体(d)を得る工程、
(III)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
(IV)リチウム複合粒子(C)及び造粒体(d)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(d)を解砕させながら、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化する工程
を備える。
より具体的には、所定の大きさを有するリチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリー(A-1)を調整後、スラリー(A-1)を噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)からなる造粒体(b)を得る工程である。
さらに炭素源(c’)として、セルロースナノファイバー(c’-1)及び/又はリグノセルロースナノファイバー(c’-2)と、水溶性炭素材料(c’-3)とを用いる場合、スラリー(A-1)における、これら炭素源(c’)の合計含有量は、リチウム正極活物質粒子(B)及び炭素(c)の合計量100質量%中に、炭素原子換算量で0.1質量%~12質量%となるようにすればよい。
ここで、粒度分布測定におけるD50値とは、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られる値であり、D50値は累積50%での粒径(メジアン径)を意味する。
造粒体(b)の崩壊強度(KN/mm)=10/(t0-t10) ・・・(9)
式(9)中のt0は、直径20mmの円筒容器内に表面に造粒体(b)を3g投入し、高さ1cmからの落下によるタッピングを10回繰返した後の密充填状態における造粒体(b)の層厚(mm)を示し、t10は、かかる密充填状態の造粒体(b)に、上部から10KNの荷重を掛けた際の造粒体(b)の層厚(mm)を示す。
より具体的には、所定の大きさを有するリチウム系固体電解質粒子(D)を含むスラリー(B-1)を調整後、スラリー(B-1)を噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質粒子(D)からなる造粒体(d)を得る工程である。
また、かかる複合化を行う装置として、ローター工具を備えた高速攪拌混合機であるアイリッヒインテンシブミキサー(日本アイリッヒ社製)を用いた場合、かかるローター工具の回転数は、好ましくは2000rpm~8000rpmであり、より好ましくは2000rpm~6000rpmである。また、複合化する時間は、好ましくは1分間~10分間であり、より好ましくは1分間~7分間である。
例えば、上記複合化を、回転数2000rpm~5000rpmで回転するインペラを備える密閉容器内で1分間~8分間行う場合、密閉容器に投入する上記混合物の量は、有効容器(インペラを備える密閉容器のうち、上記混合物を収容可能な部位に相当する容器)1cm3当たり、好ましくは0.1g~0.7gであり、より好ましくは0.15g~0.4gである。
より具体的には、用いるリチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(3)、式(4)、及び式(8)の場合の質量比(粒子(A):粒子(B))は、好ましくは95:5~55:45であり、より好ましくは90:10~55:45であり、さらに好ましくは85:15~55:45であり、リチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(5)、式(6)、及び式(7)の場合の質量比(粒子(A):粒子(B))は、好ましくは95:5~50:50であり、より好ましくは90:10~50:50であり、さらに好ましくは85:15~50:50である。
かかる量となるよう、上記混合物中における造粒体(b)の量を調整すればよい。
より具体的には、リチウム複合粒子(C)に含まれるリチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(3)、式(4)、及び式(8)で表される場合における質量比(粒子(C):粒子(D))は、好ましくは99.9:0.1~50:50であり、より好ましくは98:2~50:50であり、さらに好ましくは87:13~50:50であり、リチウム複合粒子(C)に含まれるリチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(5)、式(6)、及び式(7)で表される場合における質量比(粒子(A):粒子(B))は、好ましくは99.99:0.01~80:20であり、より好ましくは99.6:0.4~80:20であり、さらに好ましくは97:3~80:20である。
かかる量となるよう、上記混合物中における造粒体(d)の量を調整すればよい。
(I’)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
(II’)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面にリチウム正極活物質粒子(B)を複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
(III’)リチウム複合粒子(C)及びリチウム系固体電解質粒子(D)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、リチウム複合粒子(C)の表面にリチウム系固体電解質粒子(D)を複合化する工程
を備える製造方法であってもよい。
Ni:Co:Mnのモル比が1:1:1となるように、硫酸ニッケル六水和物 263g、硫酸コバルト七水和物 281g、硫酸マンガン五水和物 241g、及び水 3Lを混合した後、かかる混合溶液に25%アンモニア水を、滴下速度300ml/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーA1を得た。
次いで、スラリーA1をろ過、乾燥して、金属複合水酸化物の混合物A2を得た後、かかる混合物A2に炭酸リチウム37gをボールミルで混合して粉末混合物A3を得た。
得られた粉末混合物A3を、大気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後に造粒し、次いで本焼成として大気雰囲気下で800℃×10時間焼成し、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2、平均粒径:10μm)を得た。
Li:Ni:Co:Alのモル比が1:0.8:0.15:0.05となるように、炭酸リチウム370g、炭酸ニッケル950g、炭酸コバルト150g、炭酸アルミニウム58g、及び水3Lを混合した後、ボールミルで混合して粉末混合物A4を得た。
得られた粉末混合物A4を、大気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後、本焼成として大気雰囲気下で800℃×24時間焼成し、リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、平均粒径:10μm)を得た。
LiOH・H2O 1272g、及び水4Lを混合してスラリーB1を得た。次いで、得られたスラリーB1を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液1153gを35mL/分で滴下し、続いてセルロースナノファイバー(Wma-10002、スギノマシン社製、繊維径4~20nm)5892gを添加して、速度400rpmで12時間撹拌して、Li3PO4を含むスラリーB2を得た。
得られたスラリーB2に窒素パージして、スラリーB2の溶存酸素濃度を0.5mg/Lとした後、スラリーB2全量に対し、MnSO4・5H2O 1688g、FeSO4・7H2O 834gを添加してスラリーB3を得た。添加したMnSO4とFeSO4のモル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、70:30であった。
次いで、得られたスラリーB3をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は0.8MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を-50℃で12時間凍結乾燥して複合体B4を得た。
得られた複合体B4を1000g分取し、水1Lを添加してスラリーB5を得た後、スラリーB5を超音波攪拌機(同上)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(同上)を用いて噴霧乾燥に付して造粒体B6を得た。
得られた造粒体B6を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(B-1)(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の担持量:2.0質量%、平均粒径:100nm)を得た。
LiOH・H2O 428g、Na4SiO4・nH2O 1397g、セルロースナノファイバー(同上)2946g、及び水3.75Lを混合してスラリーB7を得た。次いで、得られたスラリーB7に、MnSO4・5H2O 793g、FeSO4・7H2O 392g、及びZr(SO4)2・4H2O 53gを添加し、混合してスラリーB8を得た。このとき、添加したFeSO4、MnSO4及びZr(SO4)2のモル比(鉄化合物:マンガン化合物:ジルコニウム化合物)は、28:66:3であった。
次いで、得られたスラリーB8をオートクレーブに投入し、170℃で3時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は0.4MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を-50℃で12時間凍結乾燥して複合体B9を得た。
得られた複合体B9を500g分取し、水0.5Lを添加してスラリーB10を得た後、スラリーB10を超音波攪拌機(同上)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(同上)を用いて噴霧乾燥に付して造粒体B11を得た。
得られた造粒体B11を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、650℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(B-2)(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4、炭素の担持量:2.0質量%、平均粒径:50nm)を得た。
Li2CO3 222g及びCo3O4 482gをボールミルで混合後、500kg/cm3でのプレス圧で成型して、焼成用原料B12を得た。得られた焼成用原料B12を、大気雰囲気下、700℃で5時間焼成することで脱炭酸処理して得られた焼成体B13を、ボールミルで粉砕後に、1000kg/cm3でのプレス圧で再度成型して、焼成用原料B14を得た。得られた焼成用原料B14を、大気雰囲気下、900℃で10時間焼成して焼成体B15(LiCoO2)を得た後、ディスクミルで粉砕してリチウム正極活物質粒子(B-3)(LiCoO2、平均粒径:200nm)を得た。
LiNO3 3.59g、Al(NO3)3・9H2O 4.5g、TiCl4 12.92g、H3PO4 11.76g、及びpH調整剤として28%アンモニア水43.71gを添加して、遊星ボールミルを用いて200rpmで2時間粉砕混合した後、乾燥させ、混合物D1を得た。得られた混合物D1をペレットに成形した後、空気雰囲気下において900℃で12時間焼成した後、乳鉢で解砕して、固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、平均粒径:500nm)を得た。
製造例1で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-1)300gと、製造例3で得られたリチウム正極活物質粒子(B-1)200gを、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製、AMS-Lab)を用いて、2600rpm(20m/秒)で10分間の複合化処理を行い、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-1)(リチウム正極活物質粒子(B-1)の担持量:40質量%、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-1)形成の担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
次に、得られたリチウム複合粒子(C-1)500gと、製造例6で得られたリチウム固体電解質粒子(D-1)56gを、メカノフュージョン(同上)を用いて、2600rpm(20m/秒)で10分間の複合化処理を行い、リチウム複合粒子(C-1)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-1)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:10質量%、平均粒径:14μm、タップ密度:1.2g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:500nm)を得た。
実施例1において、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-1)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-2)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:40質量%、平均粒径15μm、タップ密度:1.0g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-3)(リチウム正極活物質粒子(B-1)の担持量:40質量%、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-1)形成の担持層の厚さ:1.5μm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化された全固体二次電池用正極活物質複合体(E-3)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:10質量%、平均粒径:14μm、タップ密度:1.2g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:500nm)を得た。
実施例1において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-3)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-4)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:40質量%、平均粒径:14μm、タップ密度:1.0g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)300gを450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-5)(リチウム正極活物質粒子(B-1)の担持量:10質量%、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-1)形成の担持層の厚さ:750nm)を得た後、リチウム複合粒子(C-5)500gとリチウム固体電解質粒子(D-1)56gを複合化して、リチウム複合粒子(C-5)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-5)(固体電解質粒子(D-1)の担持量10質量%、平均粒径:12.5μm、タップ密度:1.5g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:500nm)を得た。
実施例5において、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例5と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-5)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-6)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:40質量%、平均粒径:13.5μm、タップ密度:1.3g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
実施例5において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に変更した以外、実施例5と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-7)(リチウム正極活物質粒子(B-1)の担持量:10質量%、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-1)形成の担持層の厚さ:750nm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化された全固体二次電池用正極活物質複合体(E-7)(固体電解質粒子の担持量:10質量%、平均粒径:12.5μm、タップ密度:1.5g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:500nm)を得た。
実施例5において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例5と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-7)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-8)((固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:13.5μm、タップ密度:1.3g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
実施例1において、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例4で得られたリチウム正極活物質粒子(B-2)に、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-9)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:40質量%、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:1.5μm)を得た後、リチウム複合粒子(C-9)500gとリチウム固体電解質粒子(D-1)333gを複合化して、リチウム複合粒子(C-9)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-9)(固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:15μm、タップ密度:1.0g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
実施例9において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に変更した以外、実施例9と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-10)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:40質量%、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:1.5μm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-10)(固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:15μm、タップ密度:1.0g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
実施例9において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)300gを450gに、リチウム正極活物質粒子(B-2)200gを50gに変更した以外、実施例9と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-11)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:10質量%、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:750nm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-11)(固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:13.5μm、タップ密度:1.3g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
実施例9において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)300gをリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-2)200gを50gに変更した以外、実施例9と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-12)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:10質量%、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:750nm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-12)(固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:13.5μm、タップ密度:1.3g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
実施例1において、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例5で得られたリチウム正極活物質粒子(B-3)に、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを125gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、コバルト酸リチウム粒子(LiCoO2)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-13)(リチウム正極活物質粒子(B-3)の担持量:40質量%、平均粒径14μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-3)形成の担持層の厚さ:2μm)を得た後、リチウム複合粒子(C-13)500gとリチウム固体電解質粒子(D-1)125gを複合化して、リチウム複合粒子(C-13)の表面に、固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-13)(固体電解質粒子の担持量:20質量%、平均粒径:16μm、タップ密度:1.1g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
実施例1の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-1)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径:13μm、タップ密度:1.4g/cm3)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
実施例5の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-5)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径:11.5μm、タップ密度:1.6g/cm3)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
実施例3の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-3)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径:13μm、タップ密度:1.4g/cm3)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
実施例7の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-7)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径:11.5μm、タップ密度:1.6g/cm3)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
実施例9の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-9)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:40(質量比)、平均粒径:13μm、タップ密度:1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:1.5μm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
実施例11の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持されてなるリチウム複合粒子(C-11)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:10質量%、平均粒径:11.5μm、タップ密度:1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:750nm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
実施例10の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-10)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:40質量%、平均粒径:13μm、タップ密度:1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:1.5μm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
実施例12の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウム複合粒子(C-12)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:10質量%、平均粒径:11.5μm、タップ密度:1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:750nm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
実施例13の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、コバルト酸リチウム粒子(LiCoO2)が複合化されたリチウム複合粒子(C-13)(リチウム正極活物質粒子(B-3)の担持量:40質量%、平均粒径:14μm、タップ密度:1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-3)形成の担持層の厚さ:2μm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
実施例1~13、及び比較例1~9で得られた全固体二次電池用正極活物質複合体を正極活物質として用い、全固体二次電池を作製した。この際、比較例1~9には、対応する実施例と同量のリチウム複合粒子(C)及びリチウム系固体電解質粒子(D)が正極中に含まれるようにするため、表1に示す所定量のリチウム系固体電解質粒子(D)を追加した。
具体的には、全ての実施例については、得られた全固体二次電池用正極活物質複合体を、プレス用冶具に投入して正極活物質層とし、その上に固体電解質粒子(リチウム固体電解質粒子(D-1))のみをさらに投入して固体電解質層として積層させた後、ハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスして、φ14mmの円盤状の正極を得た。
一方、全ての比較例については、得られたリチウム複合粒子と所定量のリチウム系固体電解質粒子(D)を混合後、プレス用冶具に投入して正極活物質層とした後は、上記実施例の場合と同様にしてφ14mmの円盤状の正極を得た。
以上の全ての実施例及び比較例について、全固体二次電池用正極活物質複合体及びこれを用いて作製した正極活物質の構成を表1に示す。
得られた全固体二次電池を用い、レート特性を評価した。具体的には、電流34mA/g、電圧4.25Vの定電流充電後に、電流34mA/g、終止電圧3.0Vの定電流放電とし、電流密度34mA/g(0.2C)における放電容量を求めた。さらに、同条件で定電流充電を行い、電流密度510mA/g、終止電圧3.0Vの定電流放電とし、電流密度510mA/g(3C)における放電容量を求めた。なお、充放電試験は全て30℃で行った。
得られた放電容量から、下記式(10)によりレート特性(放電容量比)(%)を求めた。
レート特性(%)=(3Cにおける放電容量)/
(0.2Cにおける放電容量)×100 ・・・(10)
評価結果を表2に示す。
実施例1~13、及び比較例1~9で得られた全固体二次電池用正極活物質複合体について、吸着水分量を測定した。具体的には、各全固体二次電池用正極活物質複合体を、温度20℃、相対湿度50%の環境に1日間静置して平衡に達するまで水分を吸着させた後、温度150℃まで昇温して20分間保持し、その後、さらに温度250℃まで昇温して20分間保持したときの、250℃に昇温し終わった時を始点とし、250℃での恒温状態を終えたときを終点とした間に揮発した水分量をカールフィッシャー水分計(MKC-610、京都電子工業(株)製)で測定した。
測定結果を表3に示す。
以上から、本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体は、放電容量及びレート特性に優れると共に、耐久性にも優れた全固体二次電池用材料と言える。
Claims (6)
- リチウム複合粒子(C)の表面に、Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 で表されるリチウム系固体電解質粒子(D)が担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体であって、
リチウム複合粒子(C)は、下記式(1)、又は式(2):
LiNiaCobMncM1 vO2・・・(1)
(式(1)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数を示す。)
LiNidCoeAlfM2 wO2 ・・・(2)
(式(2)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、xは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に、下記式(3)、又は式(4):
LigMnhFeiM3 xPO4 ・・・(3)
(式(3)中、M3はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h、i、及びxは、0<g≦1.2、0.3≦h≦1、0≦i≦0.7、及び0≦x≦0.3を満たし、かつg+(Mnの価数)×h+(Feの価数)×i+(M3の価数)×x=3を満たす数を示す。)
LijMnkFelM4 ySiO4 ・・・(4)
(式(4)中、M4はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦2.4、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、0≦y≦1.2、及びk+l≠0を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M4の価数)×y=4を満たす数を示す。)
で表されるいずれか1種以上のリチウム正極活物質粒子(B)が担持してなる粒子であり、
リチウム複合粒子(C)の全量100質量%中におけるリチウム正極活物質粒子(B)の担持量が5質量%~10質量%であり、かつ
全固体二次電池用正極活物質複合体の全量100質量%中におけるリチウム系固体電解質粒子(D)の担持量が40質量%~50質量%である、全固体二次電池用正極活物質複合体。 - リチウム複合酸化物二次粒子(A)の平均粒径が、1μm~25μmである、請求項1に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体。
- リチウム正極活物質粒子(B)の表面に、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)、リグノセルロースナノファイバー由来の炭素(c2)、水溶性炭素材料由来の炭素(c3)、及び水不溶性炭素材料(c4)から選ばれる1種以上の炭素(c)が担持してなる、請求項1又は2に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体。
- 次の工程(I)~工程(IV):
(I)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
(II)リチウム系固体電解質粒子(D)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質粒子(D)の造粒体(d)を得る工程、
(III)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
(IV)リチウム複合粒子(C)及び造粒体(d)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(d)を解砕させながら、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化する工程
を備える、請求項1~3のいずれか1項に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体の製造方法。 - 次の工程(I')~工程(III’):
(I’)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
(II’)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
(III’)リチウム複合粒子(C)及びリチウム系固体電解質粒子(D)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化する工程
を備える、請求項1~3のいずれか1項に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体の製造方法。 - 造粒体(b)又は造粒体(d)の崩壊強度が、1.8KN/mm以下である、請求項4又は請求項5に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
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